В любом современном поршневом двигателе есть детали, обеспечивающие герметичность камеры сгорания и смазку цилиндров – поршневые кольца.Все о поршневых кольцах, их существующих типах, особенностях конструкции и эксплуатации, а также о правильном выборе и замене колец читайте в предлагаемой статье.
Что такое поршневые кольца?
Поршневые кольца — детали цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) двигателя внутреннего сгорания;металлические разъемные кольца, установленные на поршнях с целью герметизации камеры сгорания, уменьшения потерь моторного масла и минимизации количества выхлопных газов, попадающих в картер.
Для нормальной работы поршневого двигателя внутреннего сгорания критически важно, чтобы в конце такта сжатия (когда поршень достигает верхней мертвой точки) в камере сгорания создавалось давление, превышающее определенный минимальный уровень – этот параметр называется сжатие.У бензиновых двигателей компрессия лежит в пределах 9-12 атмосфер, у дизельных агрегатов этот параметр составляет 22-32 атмосферы.Чтобы добиться необходимой компрессии, необходимо обеспечить герметизацию камеры сгорания – эту проблему решают поршневые кольца.
Поршневые кольца выполняют несколько ключевых функций:
● Герметизация камеры сгорания – размер кольца подбирается точно по внутреннему диаметру цилиндра, что предотвращает прорыв газов из камеры сгорания в картер;
● Снижение сил трения – площадь трения колец о стенки цилиндра значительно меньше площади поршня, что снижает потери на трение деталей ЦПГ;
● Компенсация теплового расширения материалов ЦПГ – поршни и цилиндры изготавливаются из различных сплавов с разными коэффициентами теплового расширения, введение колец предотвращает заклинивание поршней и изменение компрессии при повышении и понижении температуры двигателя;
● Смазка стенок цилиндров и удаление излишков масла (что предотвращает его попадание в камеры сгорания и снижает потери масла из-за угара) - кольца специальной конструкции обеспечивают удаление излишков масла со стенок цилиндров, образующихся в процессе работы двигателя, но оставлять масляную пленку, необходимую для уменьшения трения;
● Охлаждение стенок поршня – часть тепла от поршня отводится к стенкам цилиндра через кольца.
Нетрудно заметить, что поршневые кольца играют важнейшую роль в работе ЦПГ и функционировании всего силового агрегата.Любые неисправности и износ колец проявляются потерей мощности двигателя и общим ухудшением его работы, поэтому данные детали подлежат замене.Но прежде чем покупать или заказывать новые кольца, следует разобраться в существующих видах этих деталей, их конструкции и особенностях работы.
Поршень и поршневые кольца
Виды, конструкция и принцип работы поршневых колец
На один поршень устанавливаются два типа колец:
● Сжатие (верхнее);
● Маслосъемные устройства (нижние).
Все кольца расположены в поперечных канавках (канавках) прямоугольного профиля, выполненных ближе к головке поршня.Кольца разных типов различаются по конструкции и назначению.
Компрессионные кольца обеспечивают герметизацию камеры сгорания, на один поршень могут быть установлены одно, два или три кольца (одно на двухтактных двигателях внутреннего сгорания мотоциклов, два на большинстве современных четырехтактных двигателях, три на некоторых дизелях), они расположены в верхней части поршня.Конструктивно компрессионные кольца очень просты: это металлическое разъемное кольцо, срез которого выполнен в виде простого (прямого, косого) или сложного замка, на некоторых кольцах в замке имеется выемка для стопора.Замок имеет небольшой зазор (несколько микрометров), служащий для компенсации теплового расширения детали при работе двигателя.
Кольца изготавливаются из стали или специальных марок чугуна, их наружная (рабочая) поверхность может иметь различный профиль:
● Простое плоское – в этом случае кольцо имеет прямоугольное сечение или сечение в виде неправильного четырехугольника;
● Радиусная (бочкообразная) – внешняя поверхность кольца представляет собой дугу окружности большого радиуса;
● С фаской – на наружной поверхности выполнена фаска небольшой высоты;
● «Минутные» кольца – наружная поверхность имеет наклон к вершине, угол наклона составляет несколько десятков угловых минут, благодаря чему кольца и получили свое название.
Плоский профиль имеет верхние компрессионные кольца, которые вынуждены работать при высоких температурах и давлениях в условиях недостаточной смазки.Для уменьшения износа рабочую поверхность детали хромируют, фосфатируют, лужят или обрабатывают другим способом.Такое кольцо во время работы полностью прилегает к зеркалу цилиндра, обеспечивая герметизацию и отвод тепла от поршня.
Нижние кольца часто имеют более сложный профиль.Кольца ствола обладают меньшим сопротивлением трению, сохраняя при этом достаточную степень герметизации.«Минутные» кольца за счет наклона рабочей поверхности уменьшают силы трения: при движении поршня вниз (на рабочем ходе) кольцо скользит по зеркалу цилиндра своей заостренной кромкой, а при движении вверх кольцо выдавливается из зеркала цилиндра из-за образовавшегося масляного клина.
Маслосъемные кольца обеспечивают правильное распределение масляной пленки по поверхности цилиндра и предотвращают попадание масла в камеру сгорания (снимают его с зеркала цилиндра).На одном поршне используется только одно кольцо, на поршнях двухтактных двигателей этих деталей нет (поскольку масло добавляется непосредственно в бензин).Обычно маслосъемные кольца имеют составную конструкцию, включающую в себя сами кольца и расширители.
Поршневые кольца и схема их действия
Маслосъемные кольца бывают:
● Цельное – П-образное кольцо, обращенное основанием к поршню.В основании имеется ряд круглых или удлиненных отверстий, через которые осуществляется слив масла;
● Составной – используются два тонких (разъемных) кольца, между которыми находится проставочный элемент.
Распорными элементами являются:
● Радиальные – обеспечивают прижатие колец к стенке цилиндра;
● Осевые – используются только совместно с составными кольцами, обеспечивают разжатие колец;
● Тангенциальные – комбинированные дистанционные элементы, обеспечивают одновременное расширение колец и их прижатие к стенке цилиндра.
Распорными элементами являются пластинчатые (плоские) или винтовые пружины, заделанные между кольцами или под ними, в маслосъемном кольце можно использовать только одну или две пружины различных типов.
Маслосъемное кольцо прижимается к стенке цилиндра и за счет своей конструкции обеспечивает удаление лишней масляной пленки.Собранное масло через отверстия в кольце попадает в канавку, откуда через отверстия в стенке поршня стекает в картер двигателя.При этом часть масла остается в виде тонкой масляной пленки на стенке цилиндра, что снижает трение во всем ЦПГ.
Как выбрать и заменить поршневые кольца
В процессе работы двигателя поршневые кольца подвергаются значительным механическим и термическим нагрузкам, что приводит к их постепенному износу и потере работоспособности.По мере изнашивания колец они перестают выполнять свои функции, что приводит к снижению компрессии, просачиванию газов в картер и масла в камеру сгорания.Также серьезной проблемой является «закоксовывание» колец (заклинивание из-за скопления нагара в канавках поршня).В результате двигатель теряет мощность и приемистость, выхлоп приобретает характерный серый или даже черный оттенок, увеличивается расход топлива и масла.При появлении этих признаков необходимо провести диагностику двигателя – проверить компрессию, осмотреть свечи и некоторые другие детали.Если компрессия слишком низкая, свечи забрызганы маслом и возникли проблемы с работой силового агрегата, то необходимо заменить поршневые кольца.
Для замены следует выбирать кольца только тех типов и каталожных номеров, которые предусмотрены для данного конкретного двигателя.Следует учитывать, что после проведения капитального ремонта двигателя с расточкой цилиндров необходимо использовать кольца ремонтного размера, подходящие к новым поршням.
Замену колец необходимо производить согласно инструкции по ремонту силового агрегата.В целом эта работа требует разборки двигателя и утапывания поршней.Старые кольца снимаются и тщательно очищаются канавки.Новые кольца необходимо ставить в соответствии с указанием на них отметок «Верх» или «Вверх».При установке колец проверяют зазоры между боковой поверхностью детали и стенкой канавки в поршне, а также в замке кольца, вставленного в цилиндр.Все зазоры должны находиться в пределах, установленных для двигателя.Кольца располагаются на поршне так, что их замки не лежат на одной линии и не попадают на ось отверстий для пальцев – так образуется лабиринт, препятствующий прорыву газов из камеры сгорания.
При установке поршня с новыми кольцами в цилиндр следует использовать специальную оправку, прижимающую кольца к поршню.После замены поршневых колец рекомендуется обкатать двигатель - не завышайте обороты первые 800-1000 км и нагружайте двигатель на половину мощности, по окончании обкатки следует сменить моторное масло. .
При правильном выборе и замене поршневых колец двигатель вернет себе былую мощность и будет уверенно работать на всех режимах.
Время публикации: 13 июля 2023 г.