Кольца на поршнях

Виды поршневых колец, из чего изготовлены, подбор и маркировка

Поршень и цилиндр двигателя внутреннего сгорания имеют близкие размеры, однако, с какой бы высокой точностью они не изготавливались, между ними все равно остается зазор, через который в картер могли бы свободно проходить газы, образующиеся в результате сгорания рабочей смеси, а из картера в камеру сгорания попадало бы моторное масло. Для предотвращения этих крайне нежелательных явлений применяются поршневые кольца.

Они представляют собой незамкнутые кольца, посаженные с небольшим зазором в предназначенных для этой цели поршневых канавках. По своему предназначению они делятся на две группы:

• компрессионные, задача которых состоит в предотвращении прорыва газов из камеры сгорания в картер двигателя;
• маслосъемные, предназначенные для удаления излишков моторного масла со стенок цилиндров.

Компрессионные поршневые кольца имеют наружный диаметр немного больше диаметра цилиндра. Чтобы деталь могла поместиться внутри, в ней делается вырез, называемый замком. Поверхность компрессионного кольца изготавливается ровной, без каких-либо выемок. Маслосъемные кольца, в отличие от них, имеют сквозные прорези, предназначенные для отвода масла.

Количество колец, устанавливаемых на один поршень, может варьироваться. На заре автомобильной эры, когда двигатели были тихоходными, чтобы как можно лучше справиться с потерями компрессии, их количество доходило до семи. В современных двигателях для каждого поршня, как правило, применяется три: два компрессионных и одно маслосъемное. У спортивных автомобилей с высокооборотистыми форсированными моторами инженеры довольно часто ограничиваются и вовсе двумя.

Какие материалы применяются для изготовления поршневых колец

При изготовлении колец применяются различные материалы, такие, как чугун, нержавеющая сталь, хром и молибден. Чугун сочетает в себе невысокую стоимость и достаточно высокие эксплуатационные характеристики, чем вызвано его широкое распространение.

В состав нержавеющей стали входит большое количество хрома для увеличения жаростойкости и сопротивляемости износу. Благодаря этому кольца из «нержавейки», как и хромированные, лучше сопротивляются высоким температурам, нежели чугунные. Поскольку первое компрессионное кольцо работает в условиях недостатка смазки, необходимо учитывать и этот фактор при выборе материала для него. Как нельзя лучше для покрытия подходит все тот же хром. Хромированные изделия намного лучше сопротивляются истиранию.

Молибден применяется в качестве покрытия рабочей части колец с целью увеличения их ресурса. Помимо этого, молибденовые поршневые кольца быстрее прирабатываются к стенкам цилиндров, что особенно важно в случае их замены при проведении капитального ремонта двигателя.

Анатомия поршневых колец

Не следует думать, что для всех колец из комплекта применяется один и тот же металл. На применяемый материал основное влияние оказывает расположение поршневых колец на поршне. Поскольку все поршневые кольца работают в разных условиях, то и требования, предъявляемые к сплавам, из которых они изготовлены, различны.

Первое компрессионное кольцо

В наиболее тяжелых условиях находятся первые компрессионные кольца, поэтому к ним предъявляются наиболее высокие требования по жаростойкости и сопротивляемости износу. Чаще всего их изготавливают из чугуна с противоизносной вставкой из молибдена.

На первый взгляд все компрессионные кольца выглядят одинаково, однако их конфигурация может существенно различаться. Например, верхнее может быть немного перекручено. В результате с поверхностью цилиндра контактирует только его кромка, а не вся поверхность. Благодаря этому, уменьшаются потери на трение, и сокращается время приработки.

Другой тип – компрессионные кольца с L-образным участком. Их отличительная особенность – способность менять степень уплотнения в зависимости от давления, оказываемого рабочими газами на тыльную часть большого L-образного выступа. Под давлением они расширяются, улучшая компрессию (во время такта сжатия), когда давление уменьшается, диаметр наоборот, уменьшается, при этом уменьшается трение и износ деталей. Какие из колец лучше, каждый решает сам, поскольку у всех имеются свои преимущества.

Второе компрессионное кольцо

Условия его работы менее напряженные, поэтому требования, предъявляемые к материалу, из которого оно изготовлено, менее жесткие. Второе компрессионное кольцо выполняет двойную задачу:

1. обеспечивает дополнительное уплотнение, задерживая газы, прорвавшиеся через первое;
2. работает наподобие скребка, препятствуя попаданию моторного масла в камеру сгорания.

Нередко вторые компрессионные кольца имеют форму усеченного конуса, т.е. диаметр верхней части меньше, чем диаметр нижней. Благодаря такой конструкции, при движении поршня вниз со стенок цилиндра удаляется масло.

Оба компрессионных кольца имеют только одно правильное положение для установки, переворачивать их ни в коем случае нельзя, иначе они будут неправильно работать. Для предотвращения ошибок при монтаже на их верхней стороне ставится маркировка, например, «Т» или «TOP».

Маслосъемные кольца

Они устанавливаются под компрессионными. В отличие от последних, их поверхность не сплошная, она имеет окошки, предназначенные для отвода моторного масла. В современных двигателях маслосъемные кольца устанавливаются по одному на каждый поршень, раньше они устанавливались по несколько, особенно в двигателях, предназначенных для стационарного использования.

Подбор запчастей

При выполнении капремонта двигателя необходимо правильно подобрать поршневые кольца, поскольку неправильный подбор приведет либо к отсутствию необходимой компрессии, либо к заклиниванию поршней в цилиндрах с последующим разрушением колец и образованием многочисленных задиров на поршнях и стенках цилиндров. Рассмотрим на примере двигателя ВАЗ-2111, как правильно подобрать нужные детали.

Существует таблица ремонтных размеров поршней и колец, с помощью которой подобрать подходящий диаметр деталей достаточно легко. Базовый диаметр цилиндров мотора ВАЗ-2111 составляет 82 мм, ремонтные поршни имеют увеличенный диаметр: на 0,4 мм для первого ремонта и на 0,8 мм – для второго. Кольца под ремонтные размеры также имеют увеличенный диаметр, и на них проставляется соответствующая маркировка.

В общих чертах процесс капремонта двигателя ВАЗ-2111 выглядит так: цилиндры растачиваются под первый ремонтный размер, при этом оставляется небольшой припуск на хонингование. Затем старые поршни заменяются на новые увеличенного диаметра, и на них монтируются поршневые кольца первого ремонтного размера.

Таблица ремонтных размеров существует для всех двигателей, и подобрать нужный диаметр не составит труда для любого мотора, будь то двигатель ВАЗ или Субару.

Модель двигателя (ВАЗ)	Размер колец (мм)
	нормальный	1-й ремонтный	2-й ремонтный
2101, 2103, 2108, 21081, 1111	76	76,4	76,8
21011, 2105, 2106, 2121	79	79,4	79,8
21082, 21213, 2110, 11113	82	82,4	82,8

Какие кольца лучше

Вопрос, какие поршневые кольца лучше приобрести для замены, не дает покоя многим автовладельцам. При имеющемся многообразии выбор сделать нелегко. Ответить можно так: если цель замены– восстановление нормальной работоспособности мотора, вполне достаточно штатных, если же владелец хочет улучшить характеристики двигателя, лучше обратить внимание на более «навороченные» изделия, например, хромированные или молибденовые.

VasKey ›
Блог ›
Раскоксовка колец поршневой группы. Не доводи до предела

Раскоксовка колец — это процедура удаления нагара (так называемого кокса) и придание компрессионным и маслосъемным кольцам подвижности. Чистить ЦПГ нужно не тогда когда автомобиль уже не едет, а не доводя до предела, в профилактических целях. Ориентировочная периодичность раскоксовки колец поршневой группы составляет 20 000 км. Хотя есть такие средства, которые рекомендуют использовать непосредственно перед заменой масла (10-15 тыс. км).

Полный размер

Раскоксовка колец

Причина образования нагара и залегания колец

Основным источником образования нагара в цилиндрах двигателя — является сгорание некачественного топлива вперемешку с подгоранием просачивающегося масла из под колец поршня либо маслосъемных колпачков. А происходить может это из-за то что вы:

— двигаетесь короткими поездками;
— нарушаете строки замены масла;
— используете масло низкого качества;
— используете излишние присадочные жидкостя (как смазку так и топливо);
— эксплуатируете авто с повышенным тепловым режимом двигателя;

Автосервисы приводят статистику, где закоксовка входит в десятку причин поломок автомобилей. Каждодневная эксплуатация машины приводит к закоксовыванию в среднем после 30 тыс. км., при этом вызывает необратимые процессы двигателя. Холодный пуск, увеличенный расход топлива, подъедание масла приведет к поломке двигателя и ремонту. Помощь двигателю просто необходима, достаточно периодически очищать поршень и кольца от шламов, с такой задачей должна справится раскоксовка двигателя.

Производить раскоксовку поршневых колец рекомендуется при первом же появлении следующих признаков:

1 Повышенный расход масла. Об этом зачастую свидетельствует синий дым из выхлопной и камельки масла на конце выхлопной трубы.
2 Низкая компрессия в цилиндрах. О том что она понизилась вы поймете когда динамика машины станет ухудшатся. Но чтобы узнать это точно, нужно произвести замер компрессии специальным манометром.

При этом важно помнить, что при сильном износе деталей поршневой группы — раскоксовка бессильна. Выход в такой ситуации только один — ремонт. Причем он должен быть капитальным. Поскольку одной заменой компрессионных и маслосъемных колец не обойтись.

Закоксовывание колец, поршней и двигателя в целом

Последствие детонации двигателя

Активное нагарообразование в сочетании с общим износом ДПГ влияет на сокращение ресурса двигателя вне зависимости бензиновый он или дизельный. А вот моторы работающие на газу менее подвержены такой проблеме, но от попадания и сгорания масла не застрахован никто. Отложения, образующиеся на разных участках поршня представляют наибольшую опасность для двигателя.

Особую опасность представляет нагар на обратной стороне впускного клапана. Отложения словно губка впитывают топливо, в результате чего происходит обеднение топливной смеси, детонация, повреждение.

Появления лаковых образований на боковой поверхности поршня и канавках компрессионных колец ускоряют износ цилиндра. А вот закоксовывание маслосъемных закупоривает маслоотводящие каналы и это не только способствует повреждению зеркала цилиндра, но и нарушает работу масляной системы в целом.

Сначала лак лишает подвижности колец, уменьшая тем самым компрессию, затем способствует расходу масла на угар. А года зазор между поршневой канавкой и кольцом совсем исчезнет, то увеличивается давление на стенки цилиндра и как следствие — износ гильзы.

Отложения на поршневых кольцах

Отложения на поршневых кольцах уменьшают амплитуду колебательных движений колец. Кольца схватывает и подклинивает. Происходит износ поршневой группы, падает компрессия в цилиндрах. Со временем кольца зарастают отложениями, которые в свою очередь перестают выполнять свою функцию.

Результат:

— уменьшение мощности двигателя
— увеличения расхода топлива
— потеря приемистости и динамики движения
— высокая токсичность отработавших газов
— плохой пуск

Отложение на днище поршня

Отложения образуются из-за прямого контакта с топливом и высокой температурой на поверхности. Образовываемый нагар покрывает стенки камеры сгорания, что нарушает теплоотвод от деталей цилиндра. Это может стать причиной прогара клапана, оплавление поршня и т.п. в последствии возникновения так называемого калильного зажигания.

Калильное зажигание — преждевременное воспламенение топливной смеси, приводит к изменению геометрии и полному разрушении поршня.

Закоксованые кольца и отложения на поршне, не только уменьшают объем камеры сгорания и вызывают детонационные процессы, снижающие мощность двигателя, но и способствуют увеличению расхода горючего, износа цилиндропоршневой группы (ЦПГ) и кривошипно-шатунного механизма (КШМ).

Отношения к раскоксовке разделились на два мнения, даже профессионалы в своих ответах не однозначны. Первые утверждают, что все зависит от состояния двигателя и причин повлиявших на состояние колец поршневой группы, вторые же утверждают о спасении движка только в капремонте.

Как производится раскоксовка

Чтобы сделать раскоксовку можно применить не только несколько способов, но и вариантов едущих средств для удаления нагара. Таким примером является: мягкая раскоксовка, промывка двигателя из сольвентом, такая раскоксовка без смены масла; добавка в масло, что предусматривает смену моторного масла; и даже раскоксовка при которой нет надобности откачивать кокс из камер, он сгорает полностью при запуске двигателя. Но самым эффективным является то средство для раскоксовки колец, которое нужно заливать в камеру сгорания через свечные колодцы — так звананое «жесткое». Самым примитивным методом удалить нагар таким способом — смешивание один к одному ацетона, керосина и ½ моторного масла. Хотя есть методы и по современней, например применить пенную раскоковку Шума или Гзокс.

Чтобы вернуть подвижность кольцам нужно на прогретом до 70 градусов двигателе нужно:

1 выкрутить свечи,
2 отключить катушки зажигания,
3 выставить поршни в одном положении,
4 залить выбранное средство,
5 закрутить свечи,
6 выдержать раскосовующую жидкость от получаса до 3-х ч. (согласно инструкции),
7 откачать остатки (если таковые будут, зачастую жидкость уйдет в картер),
8 накрыть колодцы тряпкой и сделать несколько оборотов коленчатого вала стартером,
9 собрать все обратно и запустить двигатель, дав ему поработать под нагрузкой дабы сжечь остатки.

Данную процедуру рекомендуют повторить пару раз если не было достигнуто желаемого эффекта. Перед и после раскоксовки, как правило, всегда замеряют компрессию, чтобы узнать о результате.

Основной симптомом залегших колец — разброс компрессии.

Когда компрессия пропала вовсе, и автомобиль совсем не заводится, то врятли несколько капель масла помогут восстановить ее, это говорит лишь об одном, что предел таки был достигнут — теперь предстоит разборка и очистка поршней, блока двигателя, замена износившихся деталей.

Источник
Автор Иван Петрович

Каждый водитель внимательно следит за своим автомобилем. Нередко бывает, что двигатель быстро расходует масло, а машина словно тяжело едет. Причиной может стать снижение давления в камере сгорания. Решить эту группу проблем может установка новых поршневых колец.

Предназначение поршневых колец

Эти детали служат уплотнителем между поршнем и цилиндром. Они ответственны за выполнение 2 функций:

1. Не дают излишкам моторной смазки спускаться в отсек внутреннего сгорания, оставляя небольшой слой смазки на стенках детали. Это делает маслосъемное кольцо.
2. Делают герметичной камеру сгорания и отводят горячие газы от поршня. Это задача для компрессионных колец.

Первое компрессионное кольцо выплавляют из надежного и прочного материала, который выдерживает большие градусы температуры, но не сильно расширяться при нагреве. Специальное покрытие на детали снижает процент трения и защищает от коррозии. Форма кольца дугообразная с концевым зазором. Это необходимо, чтобы после установки запчасть плотно прижимала поршень.

Второе компрессионное также плотно прилегает к поршню и помогает снимать излишнюю смазку. Оно не контактирует с большими температурами, поэтому изготавливают его из менее прочных материалов. Различное строение изделий объясняется разным действием.

Маслосъемное кольцо расположено ниже всех. Оно убирает излишки масла и оставляет тонкую пленку смазки, что уменьшает силу трения компрессионных и продлевает срок их службы. Смена поршневых деталей поможет вернуть мотору первоначальные качества.

Как выбирать поршневые кольца?

К выбору запчастей нужно подойти со всей серьезностью. Не стоит покупать недорогие детали, потому как прослужат они мало, и придется их снова менять. Внимательно рассмотрите комплект на предмет отсутствия сколов или повреждений. Лучше предпочесть поршневые круги с надписью, обозначающей вверх изделия. Например, запчасти GMP соответствуют всем техническим характеристикам качества.

Инструменты и приспособления для работы

Для самостоятельной замены деталей понадобятся:

1. Расширитель поршневых колец, для того, чтобы развести запчасти и не повредить их.
2. Ключ со встроенным динамометром и набор насадок под него.
3. Обжимное устройство.
4. Молоток для простукивания деталей.
5. Тиски, чтобы закрепить поршень.
6. Моторное масло для свежей обработки.
7. Ветошь, чтобы убрать старую смазку с деталей.

Возможно понадобятся еще некоторые приспособления. Но это уже дело личных предпочтений. Так как вышеуказанный инвентарь хорошо справляется с поставленной задачей.

Инструкция по правильной установке поршневых колец на поршень

Ремонт автомобиля при желании и наличии свободного времени возможно выполнять самостоятельно. Владелец транспортного средства должен соблюдать схемы, порядок и последовательность инструкции.

Подготовка

Перед предстоящим монтажом колец проводят подготовительные мероприятия:

• снимают клеммы аккумулятора, чтобы двигатель был обесточен;
• сливают масло и антифриз;
• убирают крышку цилиндра и смотрят, в каком виде находятся гильзы;
• изучают руководство по эксплуатации, которое идет вместе с новыми запчастями.

Установка на поршень

Подготовка выполнена, можно приступить к монтажу колец на поршень, для этого его закрепляют в зажиме. Деталь будет прочно зафиксирована, и не понадобится сторонняя помощь. Далее убирают остатки нагара старой смазывающей жидкости с поршня. В противном случае кольца не ровно встанут. Необходимо соблюдать очередность установки комплекта. Маслосъемное идет первым:

• устанавливают пружину;
• сверху крепят само кольцо.

Затем второе и первое компрессионные. При установке главное не перестараться и не растянуть изделия, чтобы они не дали трещину. Для этого лучше использовать расширитель поршневых кругов. С помощью этого инструмента раздвигают детали до нужного размера и насаживают на поршень.

Важным моментом является соблюдение ориентирование изделий относительно поршня. Если пренебречь этим правилом, может ощутимо возрасти расхода топливной жидкости. Если верить инструкции, расположение замков поршневых колец друг от друга должно быть на 120°. Каждое кольцо имеет свою надпись с пометками. Верхние имеют маркировку «тор», и этой стороной кольцо и должно быть направлено в сторону днища поршня.

Установка поршней в цилиндр

Специальное зажимное приспособление используют для легкого входа поршня в цилиндр. Такое устройство можно сделать из железной банки или купить в магазине. Для лучшей проходимости его изнутри смазывают машинным маслом. Затягивать гайку прибора нужно, соблюдая меру, чтобы оно сдвигалось вокруг поршня от умеренной нагрузки.

Далее слегка постукивают молотком по приспособлению, чтобы оно хорошо встало на поршень. После его снимают с опоры и убирают бугель. Заранее смазанный свежим маслом шатун надевают на поршень. Устанавливать поршень нужно ровно. Ориентиром станут соседние, если их не снимали или установили раньше.

Молотком стараются добиться равного обхвата гильзы обжимным устройством. Когда нужная плотность прилегания достигнута, нужно несильными ударами вбить деталь в цилиндр.

Далее крепится шатун. Тут тоже есть свои нюансы. Сначала наживляют шурупы стяжки вручную. Дальше можно воспользоваться динамометрическим ключом, и затянуть болты до конца. Но главное не перестараться, так как это может повлиять на работу двигателя.

В завершении собирают мотор и поддон картера возвращают на место.

Проверка работы двигателя

Монтаж завершен, настало время проверить результат. При первом запуске для диагностики слушают работу двигателя. Отсутствие посторонних звуков и вибраций является хорошим показателем. Первое время мотор нужно поберечь. Не нужно нагружать машину, ездить по бездорожью или пренебрегать прогревом. Еще важный момент – не допускать поднятие оборотов более чем на 3 тыс.

При соблюдении данных рекомендаций поршневые кольца прослужат долгое время.

Кольца компрессионные, маслосъемные, установка

Поршневые кольца

Поршневые кольца формируют уплотнение между стенкой цилиндра и поршнем. Должны обеспечивать хорошее уплотнение по всей плоскости цилиндра в широком диапазоне температур. В четырех тактных двигателях чаще применяется три кольца, из них два компрессионных и нижнее маслосъемное.

• Компрессионные кольца обеспечивают надежное уплотнение между цилиндром и поршнем для герметизации камеры сгорания.
• Отвод тепла от поршня к стенкам цилиндра.
• Маслосъемные кольца удаляют излишки масла со стенок цилиндра предотвращая его попадания в камеру сгорания. Однако удаляют не полностью, а регулируют, оставляя необходимое количество масла для компрессионных колец.

Первое компрессионное кольцо

Предназначено исключительно для предотвращения прорыва расширяющихся газов в камере сгорания. Во время цикла «рабочий ход» нарастающее давление в камере сгорания прижимает первое компрессионное кольцо ко дну канавки поршня и сильнее прижимает к стенкам цилиндра, тем самым обеспечивая достаточную изоляцию камеры сгорания. Давление в канавке кольца сохраняется на последующих тактах не
успевая снизиться. Зазор между кольцом и канавкой составляет 0.04-0.08 мм

Защищает второе кольцо от высокой температуры сгорания и уменьшает нагрузку. Имеет наибольший теплоотвод от поршня к цилиндру, примерно 50-60% отводимого тепла от поршня к цилиндру приходится на компрессионные кольца. Некоторая часть газов прорывается, второе кольцо приступает к выполнению своих функций, об этом чуть позже.

Первое компрессионное кольцо изготавливается из высокосортного чугуна, способного выдерживать высокие температуры и нагрузку при этом имея не большой коэффициент теплового расширения. Во время работы двигателя температура кольца достигает 180-210°C, в верхней мертвой точке где практически нет смазки из-за трения, достигается еще большая температура. На внешней рабочей поверхности кольца часто присутствует специальное покрытие для снижения трения. Это может быть плазменная наплавка молибдена, металлокерамики, керамики. Чаще встречается хромовое покрытие, имеющее серый матовый цвет (наносится гальваническим метолом) и своеобразную пористую структуру, позволяющую задерживать масло для большего снижения трения. Остальные поверхности имеют черный цвет в результате фосфатирования. Покрытие обеспечивает антифрикционные и антикоррозийные свойства.

Компрессионные кольца производятся не совсем круглыми, а имеют сложную форму дуги в свободном состоянии и достаточно большой концевой зазор. Когда кольцо займет свое место в поршне и будет вставлено в цилиндр, оно будет обеспечивать равномерную прижимную силу в любой точке окружности.

Второе компрессионное кольцо

Работает в более благоприятных условиях и выполняет функцию дополнительного уплотнения так же из-за специальной формы помогает маслосъемному снять излишки масла, оставляя только масленую пленку на поверхности цилиндра. Средняя температура кольца 150 — 170 °C в режиме работы. Зазор между кольцом и канавкой поршня немного ниже чем у первого 0.03-0.06 мм. Разнообразие форм колец обуславливает выполнение определенных функций. Таких как распределение нагрузки в канавке, уменьшение трения юбки поршня методом аквопланирования по маслу, удаление излишек масла.

Фаска на внутренней стороне кольца определяет в какую сторону будет изгибаться кольцо. Если фаска снизу, то кольцо после нагрева будет выворачиваться наружной поверхностью вниз, как показано на картинке. И соответственно если фаска сверху, то и выворачиваться рабочая поверхность кольца будет вверх.

Маслосъемное кольцо

Под компрессионными кольцами располагается маслосъемное кольцо, выполняющее функцию удаления излишек масла со стенок цилиндра.

Большое количество масла, проникающее через компрессионные кольца в камеру сгорания, плохо сказывается на работе двигателя. В процессе работы сгорающее масло откладывается на стенках клапанов, камере сгорания, свечах, дне поршня. Большой нагар сильно разогревается, повышается вероятность детонации. Выпускные клапана подвергаются увеличенной температурной нагрузке.

Тонкий слой масленой пленки, оставляемый маслосъемными кольцами, снижает силу трения компрессионных колец, увеличивая их долговечность. В отличии от компрессионных маслосъемные не прижимаются рабочим давлением газа к плоскости канавки в поршне и стенкам цилиндра, поэтому имеют специальные осевые и радиальные расширители.

По конструкции можно выделить два типа колец: коробчатые и наборные те и другие могут иметь различные расширители.

При движении поршня вниз маслосъемные кольца соскребают со стенок цилиндра излишки масла направляя их по дренажным отверстиям в поршне обратно в картер. Масляный клин перед кольцом помогает эффективно смазывать скользящую юбку поршня. Стенки цилиндра имеют шероховатость, так называемый хон, который позволяет задерживать тончайший слой масла, для компрессионных колец.

Большее распространение получили наборные кольца, состоящие из двух тонких стальных пластин, (часто имеющих различные покрытия для снижения терния) и тангенциального расширителя, выполняющего одновременно осевое и радиальное расширение. Используются в современных двигателях.

Особенности установки маслосъемных колец

Хочу обратить ваше внимание на установку именно маслосъемных колец. С компрессионными не должно возникнуть проблем если соблюдать простые правила, устанавливать надписями вверх (надписи, точка) и пользоваться специальным инструментом.

При установки маслосъемных могут возникнуть трудности при отсутствии надписей, или правильность установки замка расширителя. Разберемся в этом подробнее. Если надписи отсутствуют, то не имеет значения какой стороной вы поставите кольцо и какое из них будет сверху, а какое снизу (наборные).

Часто ошибки возникают при установке поршня в цилиндр, даже если используется специальных хомут для стяжки колец на поршне. Особенность состоит в следующем. При сборке маслосъемного кольца стоит обратить внимание на замок расширителя и правильность его стыковки. Для наглядности смотрим изображение ниже.

Во время сжатия колец на поршне замок расширителя маслосъемного кольца может соскочить с правильного положения и лечь в нахлест собираясь по спирали, таким образом пластины проваливаются через расширитель и это приведет к задиру стенок цилиндра, и канавок поршня. Чтобы этого избежать стягивающий хомут следует располагать таким образок как показано на изображении.

Соблюдая простые правила, вы правильно установите кольца в цилиндре.

Поршневые кольца

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) и поршневых компрессорах.

Функции поршневых колец

Поршневые кольца выполняют три главные функции:

1. уплотнение (герметизацию) камеры сгорания (или камеры расширения). Компрессионные кольца поддерживают компрессию — с изношенными, поломанными или залёгшими кольцами двигатель потеряет мощность или вообще не запустится;
2. увеличение теплоотдачи от поршня через стенку цилиндра, не допуская перегрева и задира поршня;
3. регулирование толщины плёнки моторного масла на цилиндре (во всех четырёхтактных двигателях и в двухтактных двигателях) с раздельной смазкой.

Устройство поршневых колец

Материал

Поршневые кольца изготавливают из высококачественного серого или ковкого чугуна, либо легированной стали. Теплостойкость и предел прочности стальных выше, зато чугунные дешевле и легко прирабатываются даже без покрытия. Стальные в любом случае покрывают антифрикционным приработочным, а часто и твёрдым покрытием.

Распространённый вариант — верхние стальные, с покрытием пористым хромом и оловом, вторые — с покрытием молибденом либо чугунные без покрытия, и маслосъёмные литые из чугуна или наборные стальные. В этом случае сначала прирабатывается более мягкий материал второго кольца (молибден), а дальше по мере приработки функции основного уплотнения переходят к более долговечному кольцу с хромовым покрытием. Ранние двигатели с ресурсом до промежуточного ремонта менее 100.000 км имели, как правило, чугунные кольца без покрытия. Ввиду низкой точности старых поколений колец, это было вынужденное решение. Кроме того, число колец (4-6) и даже их высота была в ранних конструкциях больше. Крупноразмерные двигатели имеют большее число колец в том числе и для улучшения теплоотвода от поршня.

Обычно верхнее кольцо и кольцо, регулирующее подачу смазки, покрываются хромом или оловом или нитридами, в частности, с помощью плазменного напыления или имеют керамическое покрытие, созданное с помощью PVD-процесса. 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 или GDC, который имеет включения из частиц алмазов или оксида алюминия. В некоторых типах двигателей, с никасиловой или алюсиловой поверхностью цилиндра, применяют поршневые кольца без твёрдого покрытия. Нарушение этого условия ведёт к быстрому (обычно невосстановимому) разрушению блока.

Эпюра давления

Каждое кольцо получено путём точного разрезания чугунной или стальной трубы, причём заготовка овальная по сечению. Этим обеспечивается необходимая эпюра давления кольца на поверхность цилиндра, гарантирующая плотное прилегание и надёжную приработку кольца. В случае круглой заготовки после её разрезания, кольца бы не прилегали у замка. Фактически для нового кольца максимальное контактное давление достигается именно у замков, на некотором расстоянии от них минимально, и на остальной части имеет среднее значение. Кольца в канавках разворачивают таким образом, чтобы угол между замками был равным (для 3-х колец 120°, двух — через 180°). При этом эпюры давлений колец не будут совпадать, и износ по диаметру выравнивается. Кроме того, так получается лабиринт, уменьшающий прорыв газов.

Материал колец должен сохранять необходимую упругость, так как компрессионные кольца расширителей не имеют. Когда прилегание обеспечено, основной прижим кольцу обеспечивает газовое давление. Чтобы несколько уменьшить трение в таких условиях, кольца ранних моделей имели фаски по наружной поверхности сверху. В последние годы снижения трения достигают уменьшением высоты колец, но кольца всё равно имеют ориентацию для установки к днищу поршня (надпись «TOP»). Неправильная ориентация может увеличить расход масла на угар, а значит (в условиях контроля токсичности) сделает невозможным эксплуатацию двигателя.

Замок

Стык или замок между торцами поршневого кольца после монтажа в цилиндр сокращается до небольшой величины. Зазор в замке составляет для отечественных ДВС по инструкции примерно 0,45-0,6 мм на диаметр поршня 100 мм для верхних поршневых колец, у маслосъёмных — несколько выше. Монтажный зазор кольца у импортных двигателей меньше примерно в 2 раза, так как точностью изготовления обеспечено прилегание, а значит, защита от перегрева с возможным смыканием замка. Фактически, высокие зазоры, указанные в русских инструкциях моторов ВАЗ, ГАЗ, ИЖ, ЯМЗ и др. — не исправленный анахронизм, так как качество колец с момента разработки этих моторов намного улучшилось. В некоторых моторах ранее применялись косые замки колец, что не получило дальнейшего развития.

Компрессионные кольца

Основной функцией компрессионных (верхних) колец является герметизация камеры сгорания. Более трёх компрессионных колец на автомобильный поршень обычно не устанавливают, так как степень уплотнения поршня увеличивается незначительно, а потери на трение возрастают.

На двухтактных бензиновых двигателях с кривошипно-камерной продувкой устанавливают только компрессионные кольца. Кольцо в замке соответствует форме и расположению стопорного штифта (предохраняет от поломки кольца при провале замка в окно, устанавливается только на двигателях с окнами в цилиндре).

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. Ранее активно применялись так называемые «минутные» кольца, но в последние годы преобладает бочкообразный профиль колец, обеспечивающий меньший расход масла.

Маслосъёмные кольца

В бензиновых двухтактных двигателях с кривошипно-камерной продувкой маслосъёмные кольца не нужны. Специальное масло сгорает в таких моторах вместе с топливом.

Маслосъёмные кольца предназначены для снятия лишнего моторного масла, которое смазывает поверхность цилиндра, поршня и уплотнительные кольца. Кольцо сконструировано таким образом, чтобы оно оставляло масляную плёнку толщиной лишь несколько микрометров на поверхности 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 возвращается в поддон.

Маслосъёмные кольца могут быть чугунные литые с прорезью (показано на нижней фотографии слева) или стальные составные с пружинами-расширителями. Составное кольцо состоит из тонких верхнего и нижнего кольца и двух расширителей (радиального и осевого). Бывает два исполнения таких расширителей: так называемая «лапша» и современные, с использованием фигурного расширителя. Составные стальные кольца несколько дешевле в производстве, поэтому встречаются чаще литых чугунных. Иногда на поршень устанавливается два маслосъёмных колец (литых или составных). В последнее время чугунные кольца также обычно снабжают пружинным расширителем для стабилизации прижима.

Поломка или износ колец вследствие нагрузок в цилиндре

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. Имеются также данные, что износ колец пропорционален запылённости поступающего в цилиндр воздуха.

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. Основными причинами закоксовывания являются низкое качество применяемого масла, несвоевременная его замена с последующим осмолением, длительный повышенный расход масла из-за пропуска манжет клапанов, неправильного монтажа сборного маслосъёмного кольца, и других причин. В некоторых случаях (использование растительного масла вместо солярки, «партизанское» подсыпание сахара в бензин) виной залегания является топливо.

Потеря упругости колец обычно происходит ввиду нарушений режима обкатки и/или низкого качества поддельных поршневых колец. При плохом прилегании и больших прорывах горячих газов кольцо необратимо теряет упругость (садится), с дальнейшим последующим ростом прорыва газов и расхода масла.

В случае значительного износа поршневой канавки растёт риск поломки верхнего поршневого кольца. В цилиндре в результате объёмного сгорания (дизель) или детонации (искоровой) регулярно проходят ударные волны, которые вызывают вибрацию и соударение кольца с канавкой. Поэтому чем выше зазор, тем такие динамические нагрузки выше. Кроме того, по мере разнашивания канавок и увеличения зазора в стыке колец растёт расход масла. Таким образом, расход масла является ремонтным критерием для замены колец с поршнями и (во многих случаях) расточки блока.

Подгонка и монтаж новых поршневых колец

После длительной работы в цилиндре двигателя образуется овальный износ и ступенька в верхней части цилиндра, куда доходит верхнее кольцо. Изнашиваются как кольца, так и поршни, постепенно увеличивается прорыв газов и растёт расход масла. Наступает время промежуточного или капитального ремонта.

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. В случае допустимого ещё состояния цилиндров замене подлежат кольца, иногда и поршни. Согласно современным инструкциям, установка колец следующего ремонта с подточкой не разрешена, однако в целях снижения затрат на ремонт применяется.

Замечание: при установке колец следующего ремонта нужно производить тщательную проверку прилегания по зеркалу. Обычно при этом приходится после подточки и выставления минимального зазора в стыке незначительно подрабатывать поршневое кольцо в районе замка по наружному диаметру(!), лучше наждачным бруском. Если это не проконтролировать, то некоторое время будет повышенный расход масла, и риск перегрева на обкатке увеличится.

Поршень должен иметь зазор в цилиндре согласно инструкции. Обычно смазанный моторным маслом поршень должен под своим весом легко опускаться в цилиндре (при комнатной температуре). Если поршень будет иметь более плотную посадку, то тепловое расширение вследствие нагревания приведёт к задиру и снижению ресурса мотора. С другой стороны, если зазор между поршнем и стенками цилиндра слишком велик, при работе будет прослушиваться стук поршня, и из-за повышенных зазоров в замках колец ресурс до ремонта уменьшится. Сами поршневые кольца, благодаря наличию зазора, 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), либо используют съёмник колец. При установке поршня с кольцами в цилиндр, последние сжимают с помощью оправки или самодельного жестяного хомута.

Примечания

1. Поршневые кольца: виды, размеры, зазоры (англ.). mashintop.ru. Дата обращения 2 марта 2018.
2. Piston Ring Handbook. — Federal-Mogul Burscheid GmbH, 2008. Архивная копия от 10 июля 2011 на Wayback Machine
3. . www.ngpedia.ru. Дата обращения 3 марта 2018.
4. 1 2 3 Wear-Resistant Peripheral Coatings (недоступная ссылка). Federalmogul.com. Дата обращения 4 июля 2010. Архивировано 14 июля 2012 года.
5. Wear-Resistant Peripheral Coatings (недоступная ссылка). Federalmogul.com. Дата обращения 4 июля 2010. Архивировано 14 июля 2012 года.
6. Wear-Resistant Peripheral Coatings (недоступная ссылка). Federalmogul.com. Дата обращения 4 июля 2010. Архивировано 14 июля 2012 года.
7. Wear-Resistant Peripheral Coatings (недоступная ссылка). Federalmogul.com. Дата обращения 4 июля 2010. Архивировано 14 июля 2012 года.
8. Расчет поршневого кольца (рус.), Инжзащита — библиотека материалов по инженерной защите, геодезии, литогологии.. Дата обращения 3 марта 2018.
9. Ресурс поршневых колец ЯМЗ | Грузовики и спецтехника (рус.) (неопр.) ?. www.dymz.ru. Дата обращения 28 февраля 2018.
10. Goncharov Oleg Gavrilovich. Поршневые кольца двигателя внутреннего сгорания.. k-a-t.ru. Дата обращения 6 октября 2018.
11. Износ деталей цилиндро-поршневой группы | Грузовики и спецтехника (рус.) (неопр.) ?. www.dymz.ru. Дата обращения 6 октября 2018.

Ссылки

Поршень (ДВС)

slon0505 ›
Блог ›
Поршневые кольца двигателя. Основное назначение.

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.

И пару видео в нагрузку))Приятного просмотра.