Поршневые кольца

             

Материалы для изготовления поршневых колец выбираются по наличию у них антифрикционных свойств и по условиям, при которых должны работать поршневые кольца.

Хорошая эластичность и коррозионная стойкость важны точнотакже, как и высокая сопротивляемость по отношению к повреждениям при экстремальных условиях эксплуатации. Серый чугун является на сегодняшний день ещё основным материалом, из которого изготавливаются поршневые кольца.

Они важны особенно тогда, когда смазывание больше не обеспечивается моторным маслом или маслянистая плёнка уже разрушена. Кроме того, графитовые жилки в структуре кольца являются своеобразным масляным резервуаром и при неблагоприятных условиях эксплуатации мешают разрушению маслянистой плёнки.

• В качестве разновидностей серого чугуна используются следующие материалы:
• • Чугун с пластинчатой структурой графита (чугун с пластинчатым графитом), обогащённый и необогащённый.
• • Чугун с глобулярной структурой графита (чугун с шаровидным графитом), обогащённый и необогащённый.

Процесс литья поршневых колец

В качестве стальных материалов используются хромистая сталь с мартенситной микроструктурой и пружинная сталь. Для повышения износостойкости поверхности колец подвергаются закалке. Это происходит, как правило, с помощью нитрирования*.

* Нитрирование обозначается на языке специалистов также, как азотирование (подача азота) и представляет собой метод для закалки стали. Нитрирование проводится, как правило, при температуре от 500 до 520 °С. Время обработки — от 1 до 100 ч.

На поверхности детали благодаря прямой диффузии азота образуется очень твёрдый поверхностный слой межсоединений из нитрида железа. В зависимости от времени обработки он может достигать толщины в 10-30 мкм.

Распротранёнными методами являются нитрирование в соляной ванне (например, коленчатых валов), газовое азотирование (поршневых колец) и нитрирование плазмой

Материалы для покрытия рабочей поверхности

На рабочие пояски или рабочие поверхности поршневых колец для улучшения трибологических* свойств можно наносить покрытие. При этом, прежде всего, на первом плане стоит повышение износостойкости и обеспечение смазывания и уплотнения в экстремальных условиях эксплуатации.

Материал для покрытия должен гармонировать как с материалами, из которых изготовлены поршневое кольцо и стенка цилиндра, так и со смазкой. Использование покрытия рабочей поверхности у поршневых колец нашло широкое распространение.

Часто кольца двигателей серийного производства имеют покрытие из хрома, молибдена и феррооксида.

Но используются также и кольца с CKS (слоями хрома — керамики) или с покрытием, нанесённым методом физического отделения из парообразной фазы (PVD = Physical Vapour Deposition). Нитрид титана (TiN) и азотистый хром (CrN) используются при более мелких сериях производства (прежде всего, у гоночных двигателей). * Трибология (греч.: учение о трении) включает в себя исследования и технологию действующих изменений поверхностей, движущихся относительно друг друга. Эта наука занимается описанием трения, износа и смазывания.

Молибденирование

Во избежание следов пригара рабочая поверхность компрессионных колец (только не маслосъёмных колец) может быть наполнена молибденом или по всей поверхности им покрываться. Это может происходить как в процессе газопламенного, так и в процессе плазменного напыления.

Молибден гарантирует из-за его высокой точки плавления (2620 °С) более высокую термостойкость. Кроме того, благодаря этому методу нанесения покрытия, можно получить пористую структуру материала. В возникающих из-за этого микропустотах на рабочей поверхности колец (рис.

2) может собираться моторное масло, которое гарантирует, что даже при экстремальных условиях эксплуатации ещё имеется достаточно смазки для рабочей поверхности кольца.

1. Свойства:
2. • Высокая термостойкость,
3. • Хорошие антифрикционные свойства.
4. • Более мягкий чем хром.
5. • Менее износостойкий чем хромовые кольца (более восприимчив к загрязнениям).

• Более восприимчив к вибрации поршневых колец (вследствие этого выбросы молибдена при экстремальных нагрузках, таких, как, напр., детонационное сгорание и др. сбои процесса сгорания).

Хромирование

Хромовое покрытие может наноситься как гальваническим методом, так и методом плазменного напыления. У маслосъёмных поршневых колец применяется гальваническое нанесение покрытия.

• Свойства:
• • Большой срок службы (износостойкость).
• • Твёрдая,нечувствительная поверхность.
• • Меньший износ цилиндров (примерно 50% по сравнению с кольцами без покрытия).
• • Хорошая сопротивляемость по отношению к следам пригара.
• • Антифрикционные свойства хуже чем при молибденировании.
• • По причинехорошей износостойкости необходимо больше времени для приработки, чем у неармированных, маслосъёмных со стальными пластинками или U-образных пружинных маслосъёмных поршневых колец.

Виды покрытия рабочей поверхности кольца

Рис. 4 — Полностью с покрытием

Рис. 5 — Со вставкой с нанёсенным покрытием в рабочей поверхности кольца

Рис. 6 — Снеподной наружной оболочкой с одной стороны

Отслаивание покрытия

Время от времени происходит отслаивание напылённого молибденом и феррооксидом покрытия рабочей поверхности.

Причиной этому являются в основном ошибки при монтаже поршневых колец (слишком сильное растягивание при надевании на поршень и натягивание колец, как показано на рисунке 1). При неправильном надевании колец на поршень покрытие разламывается только на спинке кольца (рис. 2).

Если нанёсеное покрытие на стыковых концах отслаивается (рис. 3), то это указывает на вибрацию поршневого кольца из-за сбоя процесса сгорания (напр., детонационное сгорание).

Рис. 1

Рис. 2

Обработка рабочей поверхности (обтачивание, притирка, шлифование)

Рабочие поверхности поршневых колец из чугуна, как правило, подвергаются только тонкой обточке. Из-за небольшого времени приработки неармированных колец отказываются от обработки рабочей поверхности шлифованием или притиркой.

Рабочие поверхности с нанесённым покрытием или подверженные закалке либо только шлифуются, либо притираются. Причина этого состоит в том, что благодаря хорошей износостойкости это длилось бы очень долго до тех пор, пока кольца приняли бы круглую форму и стали бы хорошо уплотнять.

Результатом были бы потеря мощности и высокий расход масла.

Рис. 4

Выпуклая форма рабочей поверхности

Следующая причина для использования процесса шлифования или притирки это форма рабочей поверхности.

Поршневые кольца прямоугольного сечения из-за движения вверх и вниз, а также из-за движения кольца в кольцевой канавке (скручивание кольца) принимают по прошествии некоторого времени на рабочей поверхности выпуклую форму (рис. 5 и 6). Это положительно отражается на образовании маслянистой плёнки и сроке службы колец.

Рис. 5

Рис. 1 — Симметричная выпуклость

Рис. 2 -Асимметричная выпуклость

Уже при производстве колец с нанесённым покрытием им придают несколько выпуклую форму. Вследствие этого они не должны получать определённую форму при приработке, а уже с самого начала имеют желаемую форму и уже предварительно приработанную рабочую поверхность.

Благодаря этому нет не только повышеного износа от приработки, но и вместе с ним связанного расхода масла. Из-за точечного контакта рабочей поверхности кольца появляется более высокое специфическое давление прижима на стенку цилиндра и, вместе с этим, более хорошая герметизация от газа и масла.

Также уменьшается опасность кромочного контакта, исходящая от ещё острых кромок кольца. У кольца из хрома есть и без того всегда перелом кромки для того, чтобы предотвратить продавливание масляной плёнки при приработке.

Очень твёрдый хромовый слой при не очень удачной конструкции мог бы привести к значительному износу и к повреждению более мягкой стенки цилиндра.

Симметричные, выпуклые рабочие поверхности кольца (рис.

1), независимо от того, являются ли они результатом приработки или уже производства, обладают очень хорошими антифрикционными свойствами и создают определенную толщину маслянистой плёнки.

При симметричной выпуклости толщина маслянистой плёнки при движении поршня вниз и вверх везде одинаковая. Силы, действующие на кольцо и позволяющие ему всплывать на масляной плёнке, в обоих направлениях равны.

Если выпуклость — уже результат производства кольца, то для лучшего контроля расхода масла существует возможность создать асимметричную выпуклость. Высшая точка выпуклости находится тогда не в середине рабочей поверхности, а немного ниже (рис. 2).

Это означает, что толщина маслянистой плёнки при движении вверх сильно не уменьшается. При движении кольца вниз (рис. 4), из-за меньшей действующей площади под вершиной его выпуклости оно не может так сильно планировать на масляной плёнке. Большее количество масла снимается и транспортируется обратно в кривошипную камеру.

Вследствие этого, асимметрично выпуклые кольца служат также и для контроля расхода масла, особенно при неблагоприятных условиях эксплуатаци и в дизельных двигателях.

Это случается, например, после более длительных фаз холостого хода, следующих за периодами полной нагрузки, при которой часто происходит выброс масла в выпускную систему и появляется голубой дым при повторном газовании.

Рис. 3

Обработка поверхности

В зависимости от конструкции поверхности поршневых колец могут быть либо без покрытия, либо фосфатированными, либо покрытыми медью. Это влияет лишь на антикоррозионные свойства колец.

Кольца без покрытия, хоть они прекрасно и блестят пока новые, они, однако, совсем незащищены от появления ржавчины.

Фосфатированные кольца имеют матово-чёрную поверхность и защищены слоем фосфата от появления ржавчины.

Покрытые медью кольца также хорошо защищены от ржавчины и имеют лёгкую защиту от образования следов пригара, образующегося во время приработки. Медь обладает определённым эффектом сухой смазки и, вследствие этого, минимально выраженными антифрикционными свойствами при приработке.

На работу колец обработка поверхности, тем не менее, не влияет. Таким образом, качество поршневого кольца не зависит от его цвета.

 

Источник: http://axela-mazda.ru/kolca/konstruktsija-i-forma-porshnevykh-kolets.html

Поршневые кольца двигателя внутреннего сгорания

Рассматривая принцип работы двигателя внутреннего сгорания, можно понять, что основные процессы проходят в цилиндрах.

Причем для этого требуется создание определенных условий, одним из которых является обеспечение герметичности камеры сгорания – пространства, находящегося над поршнем.

При этом сам поршень – подвижный элемент, который перемещается внутри цилиндра, то есть между ними имеется скользящее соединение.

Стоит отметить, что диаметр поршня должен быть меньше внутренних размеров цилиндра. А все потому, что проходящие в цилиндрах процессы сопровождаются выделением значительного количества тепла. Из-за воздействия большой температуры металлы расширяются.

Если бы диаметр поршня был равен цилиндру, то при нагреве происходило бы заклинивание. Получается, что между этим элементами имеется зазор, то есть герметичности не будет.

Чтобы решить эту проблему, в конструкцию ЦПГ добавлен еще один элемент – специальные кольца, установленные на поршнях.

Назначение, виды, особенности

Устройство поршня

Эти элементы ЦПГ  имеют ряд важных функций:

1. Обеспечивают герметичность камеры сгорания.
2. Осуществляют регулировку количества смазочного материала, используемого для смазки стенок цилиндра, а также предотвращают его попадание в надпоршневое пространство.
3. Выполняют отвод тепла от поршня цилиндру.

• компрессионные (предназначенные для обеспечения герметичности);
• маслосъемные (выполняют регулировку количества смазки в ЦПГ).

Общее количество может быть разным и зависит от конструктивных особенностей силовой установки. Наибольшее распространение получила трехкольцевая компоновка (2 – компрессионных, 1 – маслосъемное). Но есть двигатели, у которых их количество может достигать и 7 штук. А к примеру, на двухтактных двигателях устанавливается только два компрессионных, а маслосъемное не используется.

Все используемые кольца – незамкнутого типа. То есть, они не сплошные (его просто невозможно было бы установить в поршневую канавку), и в нем имеется вырез, кстати, играющий тоже важную роль.

В разжатом состоянии кольца сделаны в форме овала, при этом расстояние между концами значительное. Это дает возможность без проблем надеть его на поршень и установить его в специальную канавку в нем.

Этот зазор является тепловым, и в его задачу входит компенсация размеров в результате теплового расширения.

Поскольку есть зазор, то газы могут через него проходить в подпоршневое пространство. Чтобы исключить этот фактор и устанавливается два компрессионных кольца.

Они создают так называемое уплотнение лабиринтного типа, для чего замок первого кольца развернут на 180 град. относительно второго.

Но даже такое решение не обеспечивает полной герметизации надпоршневого пространства и часть газов проникает в картер.

Видео: Теория ДВС: Поршневые кольца (часть 2)

Отметим, что установка дополнительного третьего компрессионного кольца хоть позволяет снизить утечки, но при этом сила трения в ЦПГ сильно возрастает, поэтому такое решение является нецелесообразным.

Компрессионные кольца

Основная нагрузка приходится на первое компрессионное кольцо, расположенное ближе всего к днищу поршня. Его основная задача – обеспечение герметичности камеры сгорания. Именно на него приходится больше всего высокотемпературного воздействия и давления газов, и все это в условиях нехватки смазочного материала.

Чтобы максимально снизить трение между стенкой и кольцом, у последнего рабочая поверхность делается закругленной.

Также уменьшить износ верхнего кольца при функционировании в тяжелых условиях позволяет молибденовая или хромовая вставка, нанесенная напылением на поверхность, но само оно делается из эластичного высокопрочного чугуна, но иногда используется и сталь.

Видео: 2.0 Теория ДВС: Ошибка установки маслосъемного наборного поршневого кольца

Примечательно, что рабочие газы принимают участие в создании герметичности камеры сгорания. Для этого высота кольца несколько меньше высоты канавки. Через образуемый зазор газы проникают внутрь канавки и начинают давить на внутреннюю поверхность кольца, дополнительно прижимая его к стенке.

Некоторые производители занимаются выпуском так называемых «неразъемных» компрессионных колец. На деле же оно состоит из двух плоских колец, которые после посадки на поршень, замками разворачиваются на 180° относительно друг друга. По сути, такая конструкция позволяет осложнить лабиринтное уплотнение, тем самым снизив количество пропускаемых газов.

Второе компрессионное кольцо выполняет две задачи. Во-первых, оно является элементом лабиринтного уплотнения и предотвращает проникновение прорвавшихся через верхнее кольцо газов в подпоршневую полость.

А во-вторых, оно принимает участие в регулировке количества смазки на стенках цилиндра. Этот элемент обладает специфической формой рабочей поверхности (конусную или Г-образную).

Такая поверхность играет роль скребка, снимающего излишки смазки со стенок, и сбрасывает его к маслосъемному кольцу.  Поэтому его еще еще называют скребковым.

Поскольку оно воспринимает значительно меньшие нагрузки, чем первое, то в его конструкции не используются высокопрочные напыления, оно изготовлено полностью из пластичного чугуна.

Маслосъемные кольца

В задачу маслосъемных колец входит регулировка толщины масляной пленки на стенках цилиндра, именно регулировки, а не полного удаления смазочного материала.

Если масла будет недостаточно, то сила трения будет увеличена, что приведет к быстрому износу колец, а также возможному появлению задиров на стенках цилиндров.

Большое же его количество при сгорании в камере сгорания будет оседать в виде нагара на всех поверхностях внутри ее.

Чем раскоксовать поршневые кольца на двигателе

Рабочими элементами П-образного кольца являются две кромки, которые соскабливают смазочный материал со стенок. Причем масло, снятое верхней кромкой проходит через отверстия дренажа и по каналам, проделанным в поршне, стекает вниз. Смазка же, соскобленная нижней кромкой уходит вниз по стенкам юбки поршня и цилиндра.

Видео: Поршни вставляем в блок цилиндров

Чтобы обеспечить необходимое прижатие  к поверхности, используются специальные тангенциальные расширители:

• спиральные;
• пластинчатые;

Устанавливаются эти расширители в поршневую канавку под кольцо. Для спирального расширителя на внутренней поверхности кольца проделывается специальный паз.

Составные маслосъемные кольца отличаются разборной конструкцией, включающей в себя несколько элементов, а именно две плоских кольцевых пластины (изготовленные из стали и покрытые хромом), между которыми помещается два расширителя – тангенциальный и осевой. В некоторых случаях используется только один расширитель, обеспечивающий расширение в обоих направлениях.

Основные неисправности

Поскольку эти элементы ЦПГ находятся в постоянном контакте со стенкой цилиндра, то главной их неисправностью является износ рабочих поверхностей. Ресурс этих элементов во многом зависит от материала изготовления и условий эксплуатации, и он может варьироваться от 150 тыс. до 1 млн. км.

Но несоблюдение правил эксплуатации может значительно сократить их срок службы. Повлиять на ресурс могут:

1. Несвоевременная замена смазочного материала в силовой установке.
2. Использование низкокачественного топлива.
3. Частая эксплуатация авто в условиях пробок или кратковременные поездки.
4. Создание чрезмерно больших нагрузок на силовую установку.
5. Перегрев мотора.

Основными признаками сильного износа поршневых колец является сильное падение компрессии, вследствие чего падают мощностные и динамические показатели авто и увеличивается расход топлива, а также значительное повышение расхода смазочного материала.

Источник: http://avtocity365.ru/ustrojstvo-i-ekspluatatsiya-avtomobilya/porshnevye-koltsa-dvigatelya-vnutrennego-sgoraniya/

Устройство автомобилей



Поршневые кольца являются упругими элементами уплотнения поршневой группы, обеспечивающими:

• герметичность рабочей полости цилиндра;
• отвод теплоты от головки поршня;
• предотвращения перекачки лишнего смазочного материала в камеру сгорания.

Конструкция и техническое состояние поршневых колец определяют компрессию в цилиндре и расход масла на угар. При этом под компрессией понимается процесс сжатия газа в цилиндрах двигателя при увеличении его давления и температуры.

Как упоминалось в предыдущей статье, количество компрессионных колец на поршне диктуется давлением газов в цилиндре и частотой вращения коленчатого вала.

Поэтому на поршнях двигателей, мощность которых обусловлена значительным крутящим моментом, устанавливают больше компрессионных колец, чем на поршнях скоростных двигателей, мощность которых обусловлена высокой частотой вращения коленчатого вала.

Уменьшение числа колец позволяет снизить массу поршня, благодаря чему в высокооборотистых двигателях уменьшаются не только потери на трение, но и инерционные нагрузки.

Одно и то же поршневое кольцо не может одновременно выполнять две важные функции – предотвращать прорыв газов из рабочего объема цилиндра и не допускать попадания в этот объем моторного масла, используемого для смазывания поверхностей трения между цилиндром (гильзой) и поршнем. Поэтому в двигателях применяется два типа поршневых колец – компрессионные (уплотняющие) и маслосъемные.

***

Компрессионные поршневые кольца

Компрессионное (уплотняющее) поршневое кольцо представляет собой криволинейный упругий брус, имеющий относительно большой вырез (замок) S (см. рис. 1) в свободном состоянии.

При монтаже в цилиндр кольцо сжимается и благодаря своей упругости плотно прилегает к стенкам цилиндра, обеспечивая надежное уплотнение зазора между поверхностями поршня и цилиндра.

Величина усилия прилегания кольца к поверхности цилиндра определяется отношением диаметра кольца в сжатом состоянии по внешней поверхности к толщине кольца. Чем меньше это отношение, тем больше упругость кольца и качественнее уплотнение рабочей полости цилиндра.

При износе поршневого кольца и уменьшении его толщины радиальное давление от силы упругости кольца понижается и перераспределяется по его окружности.

При чрезмерном износе кольца нарушается его контакт с поверхностью гильзы, в первую очередь в зоне замка. Форма изношенного кольца зависит от первоначальной эпюры его давлений на поверхность цилиндра.

Кольца с равномерной эпюрой давлений имеют меньшие сроки службы, чем кольца с корректированной эпюрой давлений.

По этой причине, для повышения срока службы и устойчивости против вибраций кольца чаще всего изготовляют с неравномерным (корректированным) давлением по окружности, увеличивающимся в зоне замка.

Это достигается разной толщиной кольца по его длине – в зоне стыка (замка) кольцо изготавливают тоньше, благодаря чему давление на цилиндр уменьшается. При износе колец с корректированной эпюрой давление в зоне замка уменьшается и перераспределяется на соседние участки.

Поэтому продолжительность работы такого кольца до момента потери надежного контакта его с цилиндром (гильзой) возрастает.

Поршневые компрессионные кольца могут выполняться цельными или составными.

Они устанавливаются в кольцевую канавку с осевым натягом и хорошо обеспечивают торцевое уплотнение. Такие кольца отличаются большим радиальным усилием и хорошо прирабатываются к поверхности цилиндра.

• Недостатком составных колец является плохая теплопроводность, поэтому их нельзя использовать в качестве верхних компрессионных колец.
• Для ускорения приработки поршневых колец к рабочей поверхности цилиндра их покрывают мягкими сплавами и уменьшают площадь контакта нового кольца с поверхностью цилиндра (гильзы). Для этого применяют:

• конические («минутные) кольца с углом наклона образующей 15'…30’;
• торсионные кольца;
• кольца с круговыми канавками по наружной поверхности.

Конические («минутные») кольца (рис. 2,б) отличаются повышенным усилием со стороны нижней кромки на стенку цилиндра, в результате чего она интенсивно изнашивается в первые часы работы двигателя, при этом процесс приработки ускоряется.

Торсионные (скручивающиеся) кольца (рис. 2, г, д, к) при сжатии деформируются в верхней части сечения в большей степени, чем в нижней. При этом нижняя часть кольца становится конусной (как в «минутных» кольцах) и быстро прирабатывается к стенке цилиндра. Однако такие кольца плохо контактируют со стенками канавки, что затрудняет теплообмен через них между головкой поршня и стенкой цилиндра.

Под воздействием сил трения и давления газов тонкие поршневые кольца прогибаются и выворачиваются, при этом их острые кромки могут вызвать задиры на рабочей поверхности цилиндра (гильзы). Чтобы избежать этого неприятного явления, кольцам придают бочкообразную форму (рис. 2, в).



Для уменьшения пригорания колец иногда применяют трапециевидные кольца (рис. 2, е, ж). Работа таких колец основана на том, что при изменении направления действия бокового усилия трапециевидное кольцо перемещается по канавке и, устанавливаясь в ней, выжимает смазочный материал из торцевых зазоров, что препятствует образованию смолистых отложений и коксованию.

Наиболее просты в изготовлении и обладают хорошим теплоотводом кольца с прямоугольным поперечным сечением (рис. 2, а). Однако приработка таких колец к зеркалу цилиндра затруднена.

Компрессионные кольца отличаются отрицательным насосным действием, которое приводит к перекачке масла со стенок цилиндров в камеру сгорания. При попадании масла в рабочую полость цилиндра оно сгорает и образует нагар на днище и в канавках поршня, на стенках цилиндра и на свече зажигания. Для удаления моторного масла со стенок цилиндра применяют маслосъемные кольца.

***

Маслосъемные поршневые кольца

Маслосъемные кольца могут быть цельными и составными, чугунными и стальными. Для того, чтобы кольцо не всплывало в масле, его площадь контакта с поверхностью цилиндра увеличивается узкими кольцевыми поясами. Сечения цельных маслосъемных колец показаны на рис. 3.

Широкое применение нашли составные маслосъемные кольца. Они состоят из двух витых стальных колец (рис. 3) и расширителей, обеспечивающих как радиальное усилие на стенку цилиндра, так и прижатие колец к торцевым поверхностям поршневых канавок. В связи с этим различают радиальные и осевые расширители поршневых маслосъемных колец, которые обычно изготавливаются из стальных гофрированных лент.

Существуют кольца, у которых функции осевого и радиального расширителя выполняет один элемент, обладающий упругостью, как в осевом, так и в радиальном направлении (рис. 3, д). Такие расширители называют тангенциальными.

1. Составные маслосъемные кольца, обладающие высокой гибкостью, относительной подвижностью и высоким радиальным усилием, значительно эффективнее, чем цельные чугунные, приспосабливаются к поверхности цилиндра.
2. ***
3. Поршневые пальцы



Главная страница

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

Источник: http://k-a-t.ru/PM.01_mdk.01.01/3_dvs_7_7/index.shtml

Поршневые кольца: виды, назначение и особенности выбора

Исправная работа всех систем, узлов и деталей обеспечивает безопасность на дороге. Не стоит недооценивать важность любых мелочей в автомобильной конструкции, особенно, если дело касается силового агрегата, ведь даже выпавший болтик способен повлечь за собой массу неприятностей, в том числе вывести из строя дорогостоящий механизм.

• 
• В двигателе внутреннего сгорания немаловажную роль играют поршневые кольца, их износ напрямую влияет на функциональность мотора, провоцируя потерю производительности и чрезмерное потребление моторного масла и горючего.
• Если возник вопрос замены элементов, важно правильно выбрать детали на замену, ведь ошибки при подборе могут привести к неприятным последствиям для двигателя впоследствии ремонта.

Назначение поршневых колец

Цилиндр в ДВС являет собой рабочую камеру объёмного вытеснения, где поршень, имеющий цилиндрическую форму и близкий по размерам с цилиндром, совершает внутри него возвратно-поступательные движения, обеспечивая расширение сжатых газов, являющихся продуктами горения топливовоздушной смеси.

Несмотря на практически герметичное соединение и плотное соприкосновение поверхностей, между данными элементами всё же остаётся небольшой зазор.

Допускать попадание газов, образовавшихся как следствие процесса горения и моторного масла из картера нельзя, зачем и нужны поршневые кольца, препятствующие этому.

Так, задачей компрессионных колец является предотвращение проникновения газов из камеры в картер путём поддержания герметичности. Маслосъёмные кольца призваны воспрепятствовать попаданию в картер масла, регулируя его количество на стенках цилиндра.

Небольшое проникновение газов наблюдается даже при использовании высококачественных колец на исправном агрегате, но это является нормой.

Условия работы элементов конструкции жёсткие, так, высокие температуры и трение, присущие функционированию двигателя, со временем провоцируют их износ.

При этом изношенные детали пропускают большее количество газов, поэтому если своевременно не озадачиться их заменой, вероятен капремонт силового агрегата.

Функционал поршневых колец обеспечивает:

1. Герметичное прилегание поверхностей поршня и цилиндра.
2. Нужное количество масла на стенках цилиндра, достаточное для скольжения, но не проникающее в камеру.
3. Препятствие перегреву и коррозии поршней путём отвода тепла от них к стенкам цилиндра.

Высококачественные поршневые кольца тонкие, поскольку тогда они обеспечивают отсутствие вибраций поршней при функционировании силового агрегата на высоких оборотах, а также снижают трение со стенкой цилиндра. Для маломощного мотора используют и широкие, они вполне справятся с задачей, а стоить будут дешевле.

Какие материалы применяются для изготовления поршневых колец

Сегодня рынок автозапчастей не испытывает дефицита и способен предложить потребителю огромный выбор поршневых колец всех мастей, отличающихся по качеству и цене.

Играет роль и производитель, поскольку известные бренды используют только высококачественные материалы и инновационные технологии, изготавливая продукцию на современном оборудовании. С учётом затрат на производство на дешевизну не стоит и надеяться, при этом важно остерегаться подделок.

Есть также не самые передовые производители автозапчастей, но также выпускающие качественную продукцию по средней цене.

Озадачившись вопросом, как правильно выбрать поршневые кольца, стоит обращать внимание не только на их диаметр, но и ознакомиться с ассортиментом материалов, из которых изготавливаются детали.

От свойств материала зависят такие характеристики элементов, как долговечность и показатели производительности, ведь детали вынуждены работать в экстремальных условиях.

Так, при выборе первого компрессионного кольца важно учитывать особенности его работы в условиях масляного голодания, сопровождающегося повышенной температурой. К ним предъявляются высокие требования по термо- и износостойкости, чаще всего материалом служит чугун с молибденовым покрытием.

При изготовлении поршневых колец применяются:

1. Чугун. Состав материала позволяет хорошо сдерживать масло, что продлевает срок службы элемента.
2. Пластичный чугун имеет те же базовые свойства сплава, а также отличается возможностью упругой деформации, что значительно облегчает монтаж.
3. Хром. Покрытие хромом чугунных изделий обеспечивает термостойкость и противоизносные качества.
4. Легированная сталь стала применяться сравнительно недавно, она покрывается пористым хромом или оловом, что обеспечивает лучшее сопротивление высоким температурам, чем у чугуна.
5. Молибден. Чугун, покрытый молибденом, применяется на сегодняшний день чаще благодаря возможности увеличения ресурса и рабочих характеристик деталей.

Верхнее кольцо, которое отвечает за регулирование подачи масла, покрывают хромом, оловом или нитридами при помощи плазменного напыления. Также может использоваться керамическое покрытие, наносящееся методом вакуумного нанесения.

На качестве материала лучше не экономить, поскольку низкосортные изделия «горят на работе» с высокой скоростью, так что автовладельцу придётся с регулярной периодичностью заниматься заменой элементов.

Чтобы обезопасить себя от подделки, лучше приобретать изделия в специализированных центрах или у надёжных дилеров.

Конструкция поршневых колец

Для многих современных моторов на поршень приходится по три кольца, имеющих чуть больший диаметр, чем поршень, при этом часть элементов вырезана.

Вырез, по сути, представляющий собой расстояние между двумя концами незамкнутых колец, называют замком. Поверх поршня элементы ставят так, чтобы замки не были выстроены на одном уровне.

Прорези являются атрибутом всех типов колец и служат цели скомпенсировать тепловые расширения, присущие металлам под действием высоких температур.

Двухтактные бензиновые агрегаты с кривошипно-камерной продувкой используют только компрессионные кольца. Поперечное сечение обычно выполнено в прямоугольной форме, край же имеет или цилиндрический профиль, или фаску.

Маслосъёмные кольца могут быть конструктивно представлены литыми с прорезью из чугуна либо составными из стали. Составной элемент являет собой тонкие кольца (верхнее и нижнее), а также два расширителя (радиальный и осевой). Стальные кольца используют чаще чугунных, что обусловлено низкой себестоимостью продукции.

Виды поршневых колец

Элементы, посаженные в поршневых канавках, различаются зависимо от их предназначения. Поршневые кольца бывают компрессионные, цель которых препятствовать просачиванию газов в картер и маслосъёмные, удаляющие лишнюю смазку с поверхностей цилиндров.

Комплекты деталей могут включать их разное количество, в старых двигателях доходило и до семи элементов, сегодня чаще всего используется набор из трёх элементов, устанавливаемых в такой последовательности:

1. Верхнее компрессионное кольцо.
2. Второе компрессионное.
3. Маслосъёмное кольцо, состоящее из трёх частей (верхняя и нижняя пластинки, между которыми располагается тангенциальный расширитель).

На спорткарах с форсированными моторами, предполагающими функционирование на высоких оборотах, часто комплект представлен в виде двух элементов.

При этом зависимо от марки и модификации авто с бензиновым двигателем могут быть использованы прочие варианты.

Автопроизводители в стремлении совершенствования конструкции прибегают к разным конструктивным решениям, повышая характеристики элементов.

Верхнее компрессионное

У поршневых колец этого типа имеется наружный диаметр чуть больше, чем у цилиндра, для помещения внутрь оснащаются замком, а их поверхность отличается гладкостью. Модификаций деталей этого типа много, они отвечают за приработку со стенками цилиндров. Тогда, когда в основе элемента использована перекрученная структура, обеспечивается наиболее плотное прилегание в канавке цилиндра.

Нижнее и маслосъёмное

Второе компрессионное кольцо, находящееся посередине имеет более тесный контакт с канавкой, а его задача заключается в создании препятствия для попадания газов и масла. То есть деталь обеспечивает нормализацию количества смазки между верхним элементом и маслосъёмным, тогда как последнее в полной мере удаляет масло со стенок.

В отличие от компрессионных колец, маслосъёмное оснащено сквозными прорезями, способствующими отводу смазки, устанавливается элемент ниже предыдущих деталей.

Современные силовые агрегаты предполагают наличие одного кольца для каждого поршня, раньше применяли больше, а на бензиновых двухтактных моторах с кривошипно-камерной продувкой данный компонент конструкции вовсе отсутствует, поскольку в нём нет необходимости (в таких агрегатах масло сгорает вместе с горючим).

Какие кольца лучше

Производители предлагают потребителю большое количество вариантов, на рынке автозапчастей можно найти самые разные детали, исполненные при помощи различных материалов. Автомобилисту, не сталкивающемуся с выбором элементов сложно определить, какие поршневые кольца лучше поставить.

Материалы, применяемые в конструкции, покрытие, допуски, а также геометрия колец отличны у разных вариаций, это нужно учитывать при подборе.

Максимальная нагрузка при функционировании мотора приходится на верхнее кольцо, потому они обычно изготовлены из высокопрочного чугуна и покрываются хромом либо молибденом с целью повышения износостойки и снижения трения при контактах с поверхностью цилиндра.

Немаловажную роль играет и производитель деталей, какой из них является самым лучшим — вопрос спорный. Сегодня в их разнообразии может потеряться даже бывалый автомобилист. Чтобы хоть немного сориентироваться при покупке стоит обратить внимание на рейтинг производителей:

1. Glico – мировой лидер по производству автозапчастей. Страна производитель – Германия. Стоимость изделий высока, но качество сравнимо с оригинальными деталями. Компанией выпускаются запчасти более чем для 5000 марок двигателей.
2. AE – известнейший бренд, среди огромного ассортимента продукции есть и уникальные детали для французских авто. Страна происхождения — Великобритания.
3. NE – германская компания выпускает бюджетные поршневые кольца достойного качества, является поставщиком на конвейер к японским автомобилям Хонда, Мазда, Хендай, Киа, Ниссан, Митцубиси, Тойота, Субару, Сузуки и пр..
4. Kolbenschmidt – германский производитель выпускает фильтры и детали моторной группы высокого качества.
5. Mahle Original – изготовитель деталей поршневых групп очень высокого качества, ценник недешёвый. Завод компании находится в Германии, откуда ведутся и поставки на конвейер Ауди, БМВ, Форд, Фиат, Хонда, Хендай, Ниссан, Опель, Шкода, Тойота, Фольксваген и других.
6. SKF – шведская компания, являющаяся одним из крупнейших производителей в мире подшипников, систем смазки и мехатроники. Производство ведётся более чем на 140 предприятиях в 32 странах.
7. Ashika – ассортимент итальянской торговой марки включает моторную группу. Изделия подходят для ремонта ТС азиатского, европейского и американского происхождения, производятся оригинальные запчасти для автомобилей Хендай, Дэо, Киа.
8. Goetze – известный производитель поршневых колец, как и бренд Nural, под которым выпускаются поршни и цилиндры для различных видов двигателей, принадлежит германскому концерну Federal-Mogul. Продукция поступает на сборочные конвейеры мировых автогигантов Форд, БМВ, Фиат, Рено и других.

Следует отметить, что рынок автозапчастей полон подделок на многие известные бренды, зарекомендовавшие себя высоким уровнем качества. Чтобы уберечься от покупки фальсификата, лучше приобретать изделия у проверенных дилеров, официальных представителей, имеющих на всю реализуемую продукцию сертификаты и предоставляющих документы по первому требованию покупателя.

Источник: https://drivertip.ru/tovary/kak-vybrat-porshnevye-kolca.html

Поршневые кольца двигателя. Для чего нужны?

Поршневые кольца — это незамкнутые кольца, которые с небольшим зазором посажены в канавках поршней. Поговорим про поршневые кольца двигателя автомобиля, какие бывают и их основное предназначение.

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.Некоторые производители изначально конструируют двигатели с повышенным расходом масла на угар из-за особой конструкции поршневых колец. Это делается, во-первых, ради снижения потерь на трения; во-вторых, ради меньшего износа цилиндро-поршневой группы; в-третьих, освежается масло внутри большого межсервисного интервала. Одним из материалов, использованных для поршневых колец — чугун. Его структура позволяет ему удерживать масло, уменьшая износ. Широко используется также производная от ковкого чугуна — пластичный чугун. Он обладает большинством качеств чугуна и 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 такие кольца имеют свойства, аналогичные свойствам хромированных колец. Нержавеющая сталь также имеет способность противостоять высокой температуре, превосходящую хромированный чугун.

Для увеличения срока службы колец и обеспечения быстрой их приработки созданы молибденовые кольца. Его основа из чугуна с молибденовым покрытием.

Молибден обладает многими противоизносными свойствами хрома, а в некоторых случаях может иметь большую сопротивляемость износу.

С течением времени молибденовые кольца стали основными в двигателях, так как они долговечны, относительно легко прирабатываются и более надежны.

Существует много конфигураций верхнего компрессионного кольца и различия 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 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. 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.

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. 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 смотря 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 от того, как работают другие кольца. Если верхнее компрессионное кольцо обеспечивает качественное уплотнение, то беззазорное второе компрессионное кольцо менее важно. В реальности дело обстоит не так и второе беззазорное компрессионное кольцо может быть средством при получении большей мощности.

Маслосъемные кольца важны для функционирования двигателей, особенно при использовании низкооктанового бензина. Моторное масло загрязняет камеры сгорания и головки поршней, что вызовет снижение мощности.

Источник: https://amastercar.ru/articles/engine_car_12.shtml

Поршневые кольца и их назначение

Для чего нужны поршневые кольца и какими они бывают.

Нержавеющая сталь один из материалов при производстве поршневых колец, разработаны они в помощь поршню, чтобы создать достаточное давление в камере сгорания и отвести излишки моторного масла.

Автомобильная промышленность при создании двигателей внутреннего сгорания не могла обойти один из камней преткновения, а именно, донышко самого поршня ну никак не может быть одного диаметра с цилиндром.

Значит должен быть между ними определенного размера зазор, но как тогда избежать попадания моторного масла в камеру сгорания? Использование в конструкции гибкого кольца с надежным подвижным замком и стало решением этой проблемы.

А поршневые кольца бывают разными?

Кольца делятся на 2 типа:

1. Компрессионные – как мы явно понимаем из названия, предназначены для создания компрессии. Пространство между поршнем и цилиндром не даст создать нужного давления, поток газов при расширении обязательно попадет в картер. Решение задачи при помощи, стальных тонких колец с не большим разрезом было гениальной идеей. Разрез, он же замок дает кольцу свободно сжиматься и разжиматься в точно выверенных пределах и одновременно крепко держаться в пазах, на внешней части поршня.

Изготавливают кольца из стали с высоким коэффициентом упругости. Аналогию можно провести с пружинкой, находясь в поджатом состоянии, оно очень плотно прилегают к стенкам цилиндра. По мере эксплуатации двигателя кольца стачиваются о стенки цилиндра (ведь они находятся в постоянном напряжении), а в следствии теряется компрессия и количество картерных газов увеличивается.

У новых автомобилей сегодня на каждом поршне стоит по 3 колечка. Два, из которых именно компрессионные. Даже учитывая этот факт, мы не можем полностью изолировать камеру сгорания. Решение как многие уже догадались простое, размещать кольца так, чтобы их замки не пересекались. Логично устанавливать их с разворотом на 120 градусов. Это золотое правило и при капиталке.

1. Маслосъемное кольцо отвечает за съем излишек масла, которые попадают на нижнюю часть цилиндра. Масло проникает туда благодаря вращению коленвала, ведь именно он создает бурю из воздуха и моторного масла в картере двигателя. Необходимость в этом понятна, нужно смазывать цилиндры для свободного скольжения поршня, но проникновение его в камеру сгорания – недопустимо. Если масло попадет в цилиндр, ремонта двигателя не избежать.

Представьте, в четко отлаженный механизм, в котором все выверено до миллиметра врывается масляный поток, под воздействием высоких температур он начинает гореть и покрывать жженым осадком – нагаром, зеркальные стенки цилиндра, поршень, клапана и кольца. А при всем этом, как правило, компрессионные кольца перестают выполнять свою функцию. Причина в образовавшемся на них нагаре, который не позволяет кольцам разжиматься. Сразу чувствуется потеря мощности двигателя.

Правильная эксплуатация поршневых колец

Помните, что не прогретый двигатель в момент работы его на высоких оборотах, очень сильно влияет на износ поршневых колец. Все слышали, что машину после покупки в автосалоне следует эксплуатировать в щадящем режиме, первые две-три тысячи километров.

И тут снова вступают колечки, в момент работы нового двс они проходят цикл притирки к цилиндрам и имеющийся на это время зазор со временем полностью пропадает.

Если вы ответственный автолюбитель, не пренебрегайте режимом обкатки и старайтесь прогревать двигатель перед началом движения.

Еще можно заострить внимание на такую деталь как замок, существует немало его типов. От прямоугольного выреза, до ступенчатого или даже косого разреза.

В зависимости от типа замка, увеличивается надежность его крепления, а также стоимость. В серийных автомобилях, производители для экономии используют самые дешевые, с вырезом в виде прямоугольника.

Кстати такой тип замка имеет самые низкие характеристики по качеству уплотнения.

При визуальном осмотре не подготовленному человеку трудно разглядеть разницу между кольцами. Ведь кто-то может посмотреть и сказать, что они какие-то гнутые, не ровные. Но это не совсем так, все может быть сделано намеренно, для форсирования процесса притирки поверхностей.

Видео о поршневых кольцах:

• Видео о замене поршневых колец:

Источник: https://autoportal.pro/tekhnichka/porshnevye-koltsa