Компрессионные и маслосъемные кольца поршней двигателя. Как работает и почему изнашивается? | SUPROTEC

Всё это стало возможным благодаря постоянному совершенствованию цилиндро-поршневых групп, и в частности самих поршневых колец, от которых зависит стабильная и эффективная работа силового агрегата и возможность максимально продлить его ресурс.

Виды и назначение колец поршней двигателя

Эти детали представляют собой разомкнутые кольца, имеющие так называемые «замки». Они устанавливаются на внешнюю часть поршней в двигателях внутреннего сгорания. Главными их задачами являются:

• обеспечение герметичности самой камеры сгорания;
• удаление излишек тепла от деталей, в частности от поршня;
• создание условий для минимального расхода моторного масла.

По видам различают компрессионные и маслосъёмные кольца.

Компрессионные кольца. В свою очередь они делятся на верхние и нижние. Первые обеспечивают предварительную герметичность системы, а вторые – финишную герметичность работающего силового агрегата, когда газы уже прошли через верхние и промежуточные. В итоге отработанные газы не попадают в картер, уходят в выхлопную систему без всяких примесей, а двигатель работает равномерно, чётко и стабильно.

Маслосъёмные кольца предназначены для удаления излишек моторного масла с поверхностей цилиндров. Они с одной стороны удаляют лишнее масло, а с другой оставляют тончайший слой масляной плёнки, для того чтобы максимально минимизировать силу трения между поршнями и цилиндрами.

Как компрессионные кольца двигателей, так и маслосъёмные могут быть изготовлены из следующих материалов:

• ковкого и пластичного чугуна – материала, который благодаря своей пористой структуре отлично удерживает масло, что, в свою очередь значительно снижает износ цилиндров;
• хромированного чугуна – материала, обладающего повышенной степенью устойчивости, но требующего прецизионной точности обработки;
• маркированной нержавеющей стали, обладающей аналогичными с чугуном характеристиками, которая производится по более простой, а значит и более дешёвой технологии;
• молибденового чугуна – дорогого материала, но при этом обеспечивающего наивысшую степень износоустойчивости, как правило, такие детали используются в элитных или уникальных сверхскоростных авто.

При изготовлении каждое изделие получается путём максимально точной резки трубы из чугуна или стали. При этом заготовка используется с сечением овальной формы. Именно такая форма обеспечивает необходимую эпюру давления на цилиндр, что обеспечивает гарантию полного прилегания детали и её надёжную приработку. Если бы в качестве заготовки была бы использована труба с круглым сечением, то готовые изделия попросту бы не прилегали в местах у замков.

Кольца, установленные в канавках, разворачиваются таким образом, чтобы был образован угол между замками. Для трёх колец величина этого угла составляет 120°, а при двух – 180°.

В итоге получается, что эпюры давлений не совпадают, что обеспечивает равный износ по диаметру. Кроме того, таким образом обеспечивается так называемый «лабиринт», который снижает прорыв отработанных газов. Ранее для обеспечения равномерного угла между деталями на каждой из них были предусмотрены специальные фаски. Сегодня снижения силы трения добиваются посредством выпуска более тонких деталей, но при этом всё равно изделия выпускаются с ориентацией для установки.

Поломку легче предупредить, чем устранить. Используйте присадку для восстановления нормальной работы поршней и колец.

Основные неисправности и способы их устранения

Надо понимать, что поршневые компрессионные кольца, равно как и маслосъёмные являются расходными деталями, которые на определённом этапе времени требуют замены. Во время эксплуатации они подвергаются трению о поверхности цилиндров, высоким температурам, различным химическим воздействиям, например серы, что особенно характерно для дизельных двигателей.

В качестве основных причин возникновения неисправностей, связанных с этими деталями можно назвать потерю упругости из-за нарушений режима обкатки или использования неоригинальных колец низкого качества. Из-за плохого прилегания и прорывов горячих газов кольцо попросту «садится», чем ещё больше усугубляет проблему. Надо понимать, что эти детали всегда находятся в экстремальных условиях – на них постоянно действуют ударные нагрузки от искровой детонации, которые вызывают вибрацию кольца в канавке. В свою очередь это приводит к тому, что увеличивается зазор компрессионного кольца, а, следовательно, растёт вероятность поломок этой детали. Всё это ещё раз подтверждает тот факт, что кольца надо менять.

На практике эти детали могут «ходить» до 500 тыс. и, наоборот, гораздо раньше изнашиваться. Всё зависит от стиля вождения, качества используемого топлива и моторного масла, стабильности и качества подготавливаемой воздушно-топливной смеси, своевременного обслуживания авто и многих других причин. Только вот, когда наступает это самое время замены, по каким признакам можно определить превышение допустимой степени износа, и можно ли максимально отложить ремонт? Эти вопросы возникают у автолюбителей чаще всего.

В технической документации на автомобиль каждый производитель указывает величину пробега, при которой требуется замена маслосъёмных и компрессионных колец поршня. Величины пробега для машин отечественного автопрома обычно находятся в пределах порядка 150 тыс. км, а для автомобилей ведущих мировых брендов – порядка 300 тыс. км. Эти цифры носят рекомендательный характер.

По каким внешним признакам можно определить, что нужна замена поршневых колец и замена компрессионных колец?

Ответ на этот вопрос не такой простой, как может показаться на первый взгляд. Дело в том, что внешние признаки неисправностей цилиндро-поршневых групп практически одинаковы, поэтому определить конкретную неисправность без «вскрытия» нереально. Общий подход такой. Если тяга резко уменьшилась, а нажатие на педаль газа не даёт достаточного ускорения, если мотор плохо запускается «на холодную» или даёт сбои при запуске «на горячую». Если замечено, что расход топлива увеличился, а из выхлопной трубы валит сизый или чёрный дым, то это свидетельствует об имеющейся неисправности. Потеря мощности говорит о снижении компрессии, сизый дым – повышенный расход масла, чёрный дым – перелив топлива. И не обязательно в этих случаях виноваты кольца.

В этих случаях вначале пытаются устранить проблему путём выставления правильного угла опережения зажигания, проверки и при необходимости замены свечей, диагностики работы датчика температуры охлаждающей жидкости, лямбда-зонда, другой электроники, отвечающей за подготовку смеси и правильную работу двигателя.

И только когда точно выявлено, что виновата поршневая группа, то приступают к ремонту, связанному с разборкой двигателя. При этом если автомобиль с большим пробегом, кроме устранения основной неисправности в случае большого износа колец, меняются и они.

Поломку легче предупредить, чем устранить. Используйте присадку для восстановления нормальной работы поршней и колец.

Основными неисправностями этих элементов можно назвать следующие:

– выламывание перегородок между канавками;

– заклинивание в канавках – наиболее часто встречающаяся проблема;

– вертикальные задиры;

– повышенный износ верхних компрессионных колец;

– следы диагонального контакта на юбке поршня;

– вымывание материала поршня в месте отверстия поршневого пальца;

Что касается признаков неисправности поршневых колец (ПК) и способов устранения, то нагляднее будет увидеть их в таблице:

Доказано, что износ поршневых колец прямо пропорционален запылённостью воздуха, который поступает в цилиндр. Заклинивание и закоксовывание колец случаются из-за скопления в канавках сажи, что является следствием применения некачественных моторных масел, несоблюдением сроков их замены, длительная езда с повышенным перерасходом масла из-за порванных или «задубевших» манжет клапанов. Часто возникают эти проблемы сразу после неправильного монтажа маслосъёмных колец при их замене. Есть вообще экзотические случаи неисправностей и просто поломок колец. Например, езда на растительном масле вместо качественной солярки.

Можно ли избежать ремонта?

Может показаться, что всё очень удручающе – лезть внутрь двигателя для замены колец долго, сложно и недёшево. Однако есть выход. Сегодня на вопрос, можно ли избежать замены колец в случаях их закоксовывания, отвечает автохимия. Многие производители выпускают специальные средства, которые предназначены для решения этих проблем. Средства являются быстродействующими. Они способны возвращать подвижность кольцам, очищать цилиндры, поршни, камеры сгорания, выравнивать компрессию, снижать уровень вредных выхлопов.

Все они делятся на две группы. Первая – присадки в топливо, которые обеспечивают так называемую «мягкую» раскоксовку – очень простой способ, который обычно соединяется с заменой масла и масляного фильтра. Второй – средства для «жёсткого» способа, который рекомендуется для применения продвинутым автомобилистам или в условиях СТО.

Практика показывает, что использование этих средств при перегревах двигателя, появлении «дымления», повышенном расходе моторного масла, в подавляющем большинстве случаев решает проблему и исключает дорогостоящий ремонт.

Вывод простой. Если появилась проблема, то не надо сразу спешить заменять кольца или пытаться ремонтировать двигатель, ведь можно попытаться её устранить с помощью химической «раскоксовки» или использовать восстанавливающий триботехнический состав «СУПРОТЕК».

suprotec.ru

Компрессионные поршневые кольца — что это такое?

Любое транспортное средство — сложное устройство, состоящее из целой кучи всевозможных деталей, как больших так и совсем мелких, о существовании которых неопытный водитель даже не подозревает. К последним относятся компрессионные поршневые кольца, которые несмотря на свой небольшой размер, выполняют немаловажную работу в жизнедеятельности автомобиля. Чем же примечательна эта деталь, мы Вам сейчас расскажем.

Компрессионное поршневые кольца — особенности и функции

Автомобильный поршень — это одна из основных деталей двигателя, так как с его помощью реализуется термодинамический процесс мотора. Основными элементами этой детали является поршневые кольца, обеспечивающие плотное соединение поршня со стенками цилиндра и создающие трение в двигателе (механические потери при этом составляют до 25% от общего числа).

Кольца, в состав которых входит нержавеющая сталь, можно назвать усовершенствованным вариантом хромированных чугунных изделий. По сути, нержавеющая сталь — это материал, состоящий из большого количества хрома, поэтому нет ничего странного в том, что такие кольца обладают свойствами, аналогичными свойствам хромированных колец. Также, нержавеющая сталь способна противостоять высоким температурам, чем значительно превосходит хромированный чугун.

Выделяют два вида поршневых колец: компрессионные и маслосъемные. Разберемся для начала с компрессионными. Данное изделие в плане конструкции нельзя назвать сложным, так как представлено оно в виде незамкнутой окружности, имеющей небольшой зазор (достигает несколько сотых миллиметра). Поперечное сечение таких колец, обычно имеет прямоугольную форму, а край кольца оснащен либо фаской, либо цилиндрическим профилем (верхнее уплотнительное кольцо), либо имеет сужающуюся форму (второе кольцо). В ходе работы, благодаря зазору в канавке, эта деталь немного скручивается, что существенно облегчает приработку.

Обычно, на поршень не устанавливают больше трех таких колец, ведь степень его уплотнения увеличивается незначительно, а потери на трение возрастают существенно. Если взять, например, бензиновый двигатель с двухтактной системой, то здесь применяют лишь два компрессионных кольца, диаметр замка которых (так называют вырез в поршневом кольце), соответствует форме и расположению стопорного штифта — детали, предохраняющей от проворачивания и повышающей компрессию. Как видите, функциональную сторону использования компрессионных колец нельзя назвать незначительной, да и работу двигателя без них сложно представить.

Какая разница между компрессионными и маслосъемными кольцами?

В структуре и функциях компрессионных поршневых колец, мы с Вами уже немного разобрались, теперь поговорим о втором варианте — маслосъемных кольцах, которые используются немного реже. Так, например, бензиновые двигатели с двухтактной системой, в них просто не нуждаются, так как масло полностью сгорает вместе с топливом, а главная функция поршневого масло съемного кольца, как раз и заключается в снятии лишнего моторного масла. На сегодняшний день выпускают два вида таких деталей: чугунные (имеют литую конструкцию с прорезом) и стальные, в состав которых входят пружины расширители. Оба вида структурно отличаются от компрессионных, которые имеют цельную форму. В конструкцию маслосъемных колец входят: одно тонкое верхнее кольцо, два расширителя (радиальный и осевой) и нижнее кольцо. Исходя из вида двигателя и типа поршня, одновременно можно установить несколько таких колец, которые по отношению к компрессионным, монтируются на уровень ниже. Что касается функциональной стороны, то тут цели работы маслосъемных колец мало чем отличаются от аналогичных целей компрессионных и выражаются в следующем:

— герметизации камеры сгорания;

— увеличение уровня компрессии, благодаря чему двигатель запускается и стабильно работает;

— уменьшение расхода моторного масла автомобиля (относится к четырехтактным и дизельным двухтактным моторам), при чем должен поддерживаться достаточный уровень смазки всех скользящих элементов;

— ограждение отработанных газов от попадания в картер двигателя;

— отвод тепловых излишков от поршня, в процессе его работы, благодаря чему теплопередача через стенки цилиндров нормализуется, а сам поршень не перегревается.

Работа маслосъемных колец важна для нормального функционирования двигателей, особенно учитывая использование низкооктанового бензина и загрязнение моторным маслом камеры сгорания, головки поршней, что приводит к снижению мощности силового агрегата. Одна из главных задач компрессионных колец — не допустить пропускания лишней жидкости и воздуха в камеру сгорания. В этом они похожи с только что описанными маслосъемными кольцами, однако, для создания поршня, отличающегося высоким качеством и рабочей эффективностью, следует использовать узкие поршневые кольца, а компрессионные кольца лучше подпадают под это определение.

Если посмотреть на кольцо в свободном состоянии, то мы увидим, что оно имеет большой диаметр и находится немного под наклоном, от замка наружу. После его установки, такая конструкция позволяет более плотно прижиматься к стенкам, благодаря чему значительно повышается эффективность детали. Также, в процессе работы мотора, на кольцо воздействует сила рабочего газа и жидкости, которые постепенно проникают в канавки поршня вместе с давлением, во много раз превышающим силу натяжки самого кольца.

Как компрессионные кольца поршня выходят из строя?

Основной неисправностью поршневых колец, при чем как компрессионных так и маслосъемных, является их износ в процессе длительной эксплуатации транспортного средства. Указанный производителем ресурс отечественных автомобилей ровняется 150000 км., а кольца транспортных средств передовых мировых изготовителей могут служить и до 300000 км. (иногда еще больше).

Однако, не все что пишут правда, или же правда от части. При неправильной эксплуатации указанные цифры, могут значительно уменьшаться, тоесть поршневые кольца изнашиваются по ускоренной программе. Износ компрессионных колец происходит тогда, когда они вместе с поршнем постоянно двигаются вверх-вниз, взаимодействуя при этом с различными механическими деталями (поршневыми канальцами, стенками цилиндра и т. д.). Кроме того, на них воздействуют горячие отработанные газы и химические вещества (особенно сера), входящие в состав топлива (химический износ). В таком случае, для уменьшения уровня износа, поршневые кольца изготавливают из стойких материалов (таких как чугун) и обеспечивают им специальное покрытие (наносят хром, олово или нитриды).

Кроме изнашивания деталей, иногда встречаются разломы колец на несколько частей, а также их закоксовывание, причиной которого есть скопление в канавке не сгоревших частиц сажи, масла и других загрязняющих веществ.

Выходу из строя компрессионных поршневых колец способствует: несвоевременная смена моторного масла, воздушного фильтра (тем более эксплуатация автомобиля без него), использование некачественного топлива или поздняя замена топливного фильтра, тяжелые условия эксплуатации транспортного средства (например, в городских пробках, при кратковременных поездках, в частности в зимний период, когда мотор не успевает нормально прогреться).

Встречаются, также, случаи быстрого разрушения поршневых колец, причина чего кроется в сильном перегреве двигателя или в условиях ограниченной смазки. Как результат, кольца в цилиндре начинают клинить, на его стенках и поршне образовываются задиры, а поршневые кольца, вместе с перегородками между кольцевыми канавками, разрушаются. Выявить описанные проблемы довольно легко. Одним из признаков чрезмерного износа поршневых колец есть повышение уровня потребления масла. Когда двигатель малолитражного автомобиля расходует больше 0,5 л. масла на 1000 км., а при трогании с места, из системы выпуска наблюдается появление сизого дыма, можно смело предположить, что кольца находятся в плачевном состоянии. Также, об этом свидетельствует утечка масла через сальники, прокладки или другие уплотнители, повышенное давление кратерных газов, которое легко определить отсоединив шланг принудительной вентиляции. Для более точной диагностики проблемы, не лишней будет проверка компрессии в цилиндрах двигателя и проверка состояния цилиндропоршневой группы, методом утечки сжатого воздуха.

Что бы обеспечить двигателю стабильную работу, вполне достаточно одного кольца. Такую схему можно наблюдать на мотоциклах со слабым двигателем или скутерах. Правда, существуют автомобили, на поршнях которых устанавливают 5 колец, а иногда и того больше .Естественно, как и любая другая деталь они ломаются (чаще всего от больших и продолжительных нагрузок) или могут частично повредиться в процессе физического воздействия на автомобиль (например, аварии).

Если Вы решите проверить кольцо на излом, то сможете увидеть на поверхности места воздействия линии, указывающие на повреждение и дающие возможность оценки общего состояния поршня. При сильном износе поршня, заметными также будут трещины от термического напряжения, но поскольку находятся они на дне детали, то увидеть их немного сложнее.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

auto.today

Поршневые кольца двигателя. Основное назначение и из чего делают?

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.

Какие бывают?

Из чего делают?

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.

Верхние компрессионные кольца

Второе компрессионное и маслосъемное кольца

Второе кольцо имеет важную дополнительную функцию: оно помогает маслосъемному кольцу, действуя как «скребок», предотвращает попадание излишнего масла в камеру сгорания и возникновение детонации.

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.

amastercar.ru

Кольца компрессионные – как представить их принцип работы? + видео » АвтоНоватор

Для начинающих автолюбителей это просто какой-то набор слов: компрессионные кольца поршневые. Чтобы было понятнее разберемся сначала, что собой представляет этот механизм.

Назначение компрессионного кольца в поршневом узле авто

Данное незамысловатое изделие представляет собой незамкнутую окружность, которая имеет небольшой зазор (по размерам он может достигать нескольких сотых миллиметра). Кольцо посажено в поршневом двигателе, будь он внутреннего сгорания или паровой. Вне зависимости от того, где используется, оно выполняет три главные функции. Во-первых, оно отлично уплотняет камеры сгорания. Во-вторых, является передатчиком тепла через стенки цилиндра – фильтрует тепло от поршня и не допускает перегрева. В-третьих, казалось бы, такой простой элемент, а он также отлично уменьшает расход моторного масла, если, конечно же, таковое используется.

Как видно, функции важные, поэтому в данный момент времени нельзя представить двигатель без поршневого кольца. Подробнее разберем устройство нашего элемента. Вне зависимости от типа, у всех имеется замок, он представляет собой стык между концом нашего кольца, которое сжимается до нескольких сотых миллиметров, когда поршень попадает в цилиндр. Компрессионные кольца служат для герметизации камеры, чтобы создавать нужный уровень компрессии. Чаще всего их поперечное сечение имеет прямоугольную форму, а на самом краю имеет цилиндрический профиль. Во время работы может незначительно скручиваться, тем самым облегая приработку.

Кольца компрессионные и маслосъемные – в чем разница?

Поршневые кольца делятся на компрессионные и маслосъемные. Маслосъемные кольца используются далеко не везде. К примеру, в бензиновых двухтактных двигателях данная деталь не имеет смысла, так как масло выгорает вместе с топливом. Ведь главная функция маслосъемного кольца, это снятие лишнего моторного масла. Эти небольшие детали выпускаются двух разных видов: чугунные (литые с прорезом) и стальные (составные с использованием пружин-расширителей).

Компрессионное кольцо должно не допустить пропускания лишних жидкости и воздуха в камеру сгорания.

Плавно переходим к принципу работы компрессионных типов колец. При создании надежного поршня, который будет отличаться высоким качеством и эффективной работой, необходимо использовать узкие поршневые кольца. Стоит отметить, что в свободном состоянии кольцо имеет больший диаметр и идет под наклоном от замка наружу. Именно такая конструкция позволяет после того, как кольцо будет установлено, плотнее прижиматься к стенкам. За счет этого повышается эффективность нашей детали.

На кольцо также в процессе работы двигателя активно давят сила рабочего газа и жидкости. Они проникают в канавки поршня постепенно с давлением, которое в свою очередь во много раз превышает по силе натяжку кольца. Они выталкивают его из канавки наружу и тем самым, соответственно, сводят к минимуму всякого рода попытки рабочих газов заполнить кривошипную камеру.

Как может выйти из строя компрессионное кольцо поршня?

Для стабильной работы двигателя вполне хватает и одного кольца. Например, на скутерах или мотоциклах со слабым двигателем установлен поршень с одним кольцом. Но если не брать во внимание именно двигатель скутера, то на некоторых аппаратах установлены поршни с нагруженной рабочей частью, где могут использоваться на поршне 5 колец или даже больше.

Как и любая деталь автомобиля, поршневые кольца могу сломаться или каким-то образом повредиться во время аварии или другого физического воздействия на автомобиль. Чаще всего поршни ломаются от большого количества высоких нагрузок во время работы.

Во время проверки на излом вы сможете наблюдать на поверхности места воздействия растровые линии, которые могут позволить выявить повреждение и дать оценку общему состоянию поршня. При износе поршня можно также наблюдать трещины от термического напряжения. Как правило, они находятся на дне поршня и, конечно же, увидеть их, будет в разы сложнее.

carnovato.ru

Поршневые кольца — RacePortal.ru

 При этом необходимо отметить, что незначительная часть газов из камеры сгорания всё равно проникают во внутренне пространство картера даже нового, вполне исправного, двигателя. Уплотнение при помощи поршневых колец в технике называется уплотнением лабиринтного типа, в уплотнениях подобного типа всегда происходит некоторая утечка газов. Но эта утечка на исправном двигателе обычно лежит в диапазоне 0,5 – 1,0%. Находящиеся в картере двигателя газы называются картерными газами. По мере износа цилиндропоршневой группы двигателя количество картерных газов увеличивается.

 Кроме уплотнения поршневые кольца выполняют ещё две задачи. Регулируют количество масла на стенках цилиндра, необходимого для смазывания, как самих колец, так и поршня, и отводят тепло от поршня к стенкам цилиндра.

Предназначение поршневых колец:

 Обеспечение герметичности между поршнем и стенками цилиндра. Регулирование количества масла, необходимого для смазывания соединения поршня и цилиндра, и предотвращения попадания масла в камеру сгорания двигателя. Отвод тепла от поршня к стенкам цилиндра.

 Эти три задачи поршневые кольца выполняю в очень тяжёлых условиях под воздействием высоких тепловых и механических нагрузок. Тепловое напряжение поршневых колец возникает под воздействием горячих рабочих газов и под воздействие трения колец о стенки цилиндра, происходящего в условиях масляного голодания в верхней части поршня. Успешное решение этих задач решается как за счёт конструкции колец, так и правильного подбора материала изготовления колец.

 Тип колец Поршневые кольца делятся на два типа: Компрессионные,маслосъёмные.

1-Компрессионное кольцо

1.1-Молибденовая противоизносная вставка

2-Второе компрессионное кольцо

3-Маслосъёмное кольцо

3.1. Верхняя маслосъёмная пластина

3.2. Тангенциальный расширитель

3.3. Нижняя маслосъёмная пластина

 Поршень с поршневыми кольцами Фотография разреза поршня современного бензинового двигателя с установленным на него типичным комплектом поршневых колец в соответствии со схемой, данной на верхнем рисунке. Компрессионные кольца обеспечивают необходимую герметичность, а маслосъёмные кольца регулируют количество масла на стенках цилиндра. Именно регулируют, а не полностью удаляют, поскольку полное или слишком большое удаление масла приведёт к масляному голоданию соединения поршня со стенками цилиндра в верхней части поршня и последующему заклиниванию поршня в цилиндре.

 Ранее двигатели были тихоходными, и количество поршневых колец на одном поршне доходило до 5 – 7. Но почти все современные бензиновые двигатели и быстроходные автомобильные дизельные двигатели имеют на одном поршне всего три поршневых кольца – два компрессионных кольца и одно маслосъёмное. Хотя поршни двигателей форсированных спортивных автомобилей, постоянно работающие на высоких оборотах, могут иметь всего два кольца. А поршни дизельных автомобильных двигателей, для облегчения запуска, могут иметь четыре кольца, три из которых компрессионные.

Поршневые кольца — терминология

•  Концевой зазор в свободном состоянии
• Концевой зазор в сжатом состоянии
• Торсионная закрутка кольца после сжатия
• Компрессионные поршневые кольца

 Первое (верхнее) компрессионное кольцо, установленное в канавку поршня, находящегося в цилиндре двигателя, должно принять абсолютно круглую форму (это выполняется, если сама гильза цилиндра не имеет деформаций) и быть прижатым к поверхности цилиндра по всей наружной окружности поршневого кольца. Для обеспечения этого, упругое поршневое кольцо изготавливается не в виде правильной окружности, а в виде дуги переменного радиуса, большего, чем диаметр цилиндра и имеющее в свободном состоянии достаточно больший зазор (1) между концами кольца. При установке в цилиндр кольцо сжимается и зазор (2) в замке кольца становится 0,15 ÷ 0,5 мм. Точное и максимально допустимое значение этого зазора указывается в технической документации двигателя. Обеспечение регламентированной величины зазора очень важно, увеличенный зазор способствует прорыву газов в картер двигателя и снижению мощности. Но ещё опасней уменьшенный зазор в замке поршневого кольца.

 Во время работы, в результате нагрева кольцо расширяется и при уменьшенном зазоре может произойти заклинивание поршневого кольца в цилиндре, что приведёт к образованию задиров на зеркале цилиндра, поломке межкольцевых перегородок поршня или поломке самого кольца. Поэтому допустимо небольшое увеличение зазора, но недопустимо уменьшение зазора в замке поршневого кольца.Ведущие производители поршневых колец производят кольца с постепенно уменьшающимся через 0,1 мм зазором, таких подбираемых размеров может быть до 15. 

 Некоторые производители поршневых колец выпускают «беззазорные» поршневые кольца. Разумеется, невозможно изменить природное свойство металлов к расширению при повышении температуры, кольцо, установленное в цилиндр двигателя без зазора, обязательно заклинит. Но многое можно решить за счёт удачной конструкции. В этом случае поршневое кольцо состоит из двух плоских колец, установленных друг на друга и повёрнутых относительно друг друга на 180º. При этом верхнее кольцо имеет форму буквы «L», а нижнее кольцо вставлено в выемку верхнего кольца, за счёт чего высота такого кольца получается не более высоты стандартного кольца.

 Когда-то замки поршневых колец старых тихоходных двигателей, для уменьшения прорыва газов через замок кольца имели сложную форму, но в современных высокооборотных двигателях прорыв газов через замок кольца незначителен. Поэтому современные кольца имеют только прямоугольную форму замка.

 Правильная установка поршневых колец Переменный радиус дуги поршневого кольца берётся не произвольно, а рассчитывается для обеспечения необходимой эпюры силы прижатия кольца к стенкам цилиндра. Во время работы поршневое кольцо изнашивается неравномерно. В результате экспериментов определено, что наиболее интенсивно кольцо изнашивается в районе замка. Поэтому первоначальное увеличение силы прижатия кольца в зоне замка увеличивает срок службы кольца. Но точно рассчитанная эпюра усилий кольца может измениться в результате непрофессиональной установки кольца на поршень. Современные, очень тонкие компрессионные поршневые кольца не допускается устанавливать на поршень руками. Для этого необходимо использовать специальное приспособление, обеспечивающее равномерное разжатие кольца по всей окружности и ограничение максимального разжатия. Установка кольца руками, с увеличенным и неравномерным расжатием, значительно сокращает срок службы кольца.

 Прижатие компрессионных колец к стенкам гильзы цилиндра

 На этом рисунке видно, что газы из камеры сгорания через зазор между жаровым поясом поршня и стенкой цилиндра и через зазор между стенкой перегородки и поршневым кольцом попадают во внутреннюю полость поршневого кольца. При этом давление во внутренней полости верхнего компрессионного кольца практически равно давлению в камере сгорания. За счёт давления газов на внутреннюю поверхность кольца происходит дополнительное прижатие поршневого кольца к стенкам цилиндра. Некоторая часть газов также попадает во внутреннюю полость второго компрессионного кольца. Поскольку первое компрессионное кольцо дросселирует давление газов, давление во внутренней полости второго компрессионного кольца мотет быть равно 30 – 60%, от давления во внутренней полости первого компрессионного кольца.

 С учётом того, что все процессы в двигателе происходят достаточно быстро, давление из внутренних полостей поршневых колец не падает до следующего такта рабочего хода, это явление называется аккумулированием давления. Аккумулирование давления обеспечивает приемлемую работу поршневых колец, частично потерявших свою упругость в результате старения или перегрева. Потерявшие упругость поршневые кольца будут удовлетворительно работать на режиме высоких нагрузок двигателя, но при работе двигателя в режиме низких нагрузок поршневые кольца не обеспечат необходимое уплотнение. Поэтому, исправными можно считать поршневые кольца серийного легкового автомобиля, обеспечивающие прижатие к стенкам цилиндра за счёт собственной упругости.

 Некоторые производители поршневых колец заявляют, что до 90% усилия прижатия поршневых колец возникает за счёт давления рабочих газов двигателя. Возможно, кольца с подобными технически характеристиками подойдут только для специальных спортивных двигателей, постоянно работающих в диапазоне высоких оборотов и высоких нагрузок, Но вряд ли такое кольцо будет успешно работать в двигателе серийного автомобиля. Специально подготовленные поршневые кольца, как и многие другие детали двигателя, могут улучшить работу двигателя на строго определённых режимах оборотов и нагрузки. Но при этом значительно ухудшить работу двигателя на остальных режимах.

 Очень важным эксплуатационным размером является боковой зазор между кольцом и канавкой поршня, поскольку именно от него зависит давление в поршневой канавке. В среднем этот зазор равен 0,04 ÷ 0,08 мм. От величины этого зазора также зависят ударные нагрузки на перегородки поршневых колец и, соответственно, шумность работы двигателя, возрастающие при увеличении зазора или вероятность заклинивания (потери подвижности) поршневых колец при уменьшении зазора.

 Многие автомеханики считают, что поршни не подлежат дальнейшей эксплуатации по причине износа направляющей части (юбки) поршня, но обычно износ направляющей части поршня незначителен. Разумеется, если поршень не работал в режиме масляного голодания, и на поверхности поршня и стенок цилиндров не образовались задиры. На самом деле поршень часто выбраковывается по причине недопустимого износа канавки верхнего компрессионного кольца.

При производстве и высота поршневых колец, и высота канавки поршня имеют некоторый разброс, поэтому, для обеспечения необходимого зазора, иногда бывает возможность подбора поршневого кольца необходимой высоты.

 Форма второго компрессионного кольца отличается от формы первого компрессионного кольца. Иногда из-за своеобразной формы наружной поверхности второе компрессионное кольцо называется скребковым Это кольцо работает не только как компрессионное, но и участвует в регулировании количества масла на стенках цилиндров, то есть частично выполняет задачу маслосъёмного кольца. Нижняя часть рабочей поверхности второго кольца изготавливается в виде скребка, который при перемещении поршня вниз снимает со стенок цилиндра лишнее масло. Нижнее компрессионное кольцо работает в значительно более лёгких условиях. И температура в зоне кольца и давление газов на кольцо (соответственно сила прижатия кольца к стенке цилиндра) значительно ниже по сравнению с подобными показателями, оказывающими воздействие на верхнее кольцо. Оба компрессионные кольца допускается устанавливать только в одном положении. На верхней поверхности компрессионного поршневого кольца ставится метка «Т», «ТОР» или другие. Кольцо всегда устанавливается этой меткой вверх. Неправильно установленное поршневое кольцо, неправильно работает.

 Маслосъёмные кольца устанавливаются ниже компрессионных поршневых колец. На поршни двигателей современных легковых автомобилей устанавливается всего по одному маслосъёмному кольцу. Хотя старые двигатели, особенно предназначенные для стационарного применения, использовали по несколько маслосъёмных колец.

 Маслосъёмные кольца предназначены для регулирования количества масла, находящегося на стенках цилиндра. Тут не очень подходит русская поговорка: «Кашу маслом не испортишь». Масла на стеках цилиндра должно быть не как можно больше, а ровно сколько необходимо. Недостаточное количество масла приведёт к масляному голоданию и, вследствие этого, к повышенному износу поршневых колец, поршня и поверхности цилиндра. В некоторых тяжёлых условиях работы двигателя при наличии масляного голодания могут произойти задиры в соединение поршня с цилиндром, и даже полное заклинивание поршня в цилиндре. Так же нежелательно излишнее количество масла на стенках цилиндра. Лишнее масло, через компрессионные кольца попадает в камеру сгорания двигателя. Что приводит к повышенному расходу масла, образованию нагара на стенках камеры сгорания, клапанах и свече зажигания. Нагар от сгоревшего масла в камере сгорания и на клапанах значительно ухудшает некоторые технические характеристики двигателя. Во время работы двигателя система смазки разбрызгивает в нижней внутренней полости цилиндра большое количество смазки, необходимого для смазывания поршневого пальца и охлаждения поршня.

 При перемещении поршня вниз, маслосъёмное кольцо своими кромками собирает излишнее масло со стенок цилиндра и через дренажные отверстия в канавке поршня направляет его во внутреннюю полость поршня. Далее масло стекает в масляный поддон, возвращаясь в систему смазки двигателя.

 Для надёжной работы двигателя на стеке цилиндра должен находится тонкий слой масла, установленной толщины. Слой масла зависит не только от маслосъёмного кольца, но и от качества обработки поверхностей, как самих стенок цилиндров, так и поршня. Иногда можно слышать мнение, что чем чище отполирована поверхность стенки цилиндра, тем меньше сила трения и тем лучше работает двигатель. На самом деле это не так.

 Составные трёхкомпонентные маслосъёмные кольца оставные маслосъёмные кольца с различными типами расширителей

 Различные типы тангенциальных расширителей составных маслосъёмных колец

Составное четырёхкомпонентное кольцо

1. Верхняя плоская пластина
2. Осевой расширитель
3. Радиальный расширитель
4. Нижняя плоская пластина

Материалы поршневых колец

 К материалам, из которых изготавливаются поршневые кольца, предъявляются очень высокие требования. Во время работы температура верхнего компрессионного кольца достигает 300º С. При этой температуре кольцо должно сохранять эластичность, обладать низким коэффициентом трения по материалу, из которого изготовлены стенки цилиндров, и иметь высокую износоустойчивость. До 50 ÷ 60% всех потерь на трение в двигателе приходится на трение между поршневыми кольцами и стенками цилиндра.

 Обычно компрессионные поршневые кольца двигателей серийных автомобилей изготавливаются из специальных сортов прочного легированного чугуна, но в последнее время компрессионные кольца, особенно высокофорсированных двигателей, изготавливаются из стали. Для повышения износостойкости компрессионных колец на них рабочую поверхность наносится хромовое или молибденовое покрытие. Пористый хром, применяемый для покрытия поршневых колец, удерживает на своей поверхности необходимое количество масла. Эти покрытия имеют не только высокую износостойкость, но и уменьшенный коэффициент трения в паре с чугуном, из которого изготовлен блок цилиндров или вплавленные гильзы цилиндров алюминиевого блока. На поршневые кольца молибден наносится методом плазменного напыления. Поскольку молибден достаточно дорогой металл, обычно он наносится только на верхнее компрессионное кольцо, при этом перед напылением молибдена на рабочей поверхности кольца делается тонкая пазовая проточка. По своим физическим качествам хромированные поршневые кольца несколько отличаются от поршневых колец с молибденовым покрытием.

 Неисправности поршневых колец

 Основной неисправностью поршневых колец является их износ в процессе продолжительной эксплуатации. Ресурс поршневых колец двигателей отечественных автомобилей приблизительно равен 150000 км. (Вернее состояние соединения между поршневыми кольцами и стенками цилиндров). Кольца современных автомобилей передовых производителей могут служить до 300000 км, правда, иногда приходится слышать от владельцев, что двигатель их автомобиля уже прошёл 500000 км. Пробег лучших грузовых автомобилей-тягачей может быть более 1000000 км. Но эти пробеги могут быть значительно уменьшены неправильной эксплуатацией. К ускоренному износу поршневых колец приводит несвоевременная замена масла в двигателе, использование не подходящего для этого двигателя или загрязнённого мала. Несвоевременная замена воздушного фильтра и, тем более, эксплуатация автомобиля вообще без воздушного фильтра или езда по пыльным дорогам. Применение некачественного топлива или несвоевременная замена топливного фильтра. К тяжёлым условиям можно отнести постоянную эксплуатацию автомобиля в городских пробках. Очень вредны для колец кратковременные поездки, при которых двигатель не успевает прогреться до нормальной рабочей температуры, особенно в зимнее время. Не допускается эксплуатация двигателя с высокими нагрузками, до его полного прогрева. Система управления двигателя некоторых высокофорсированных автомобилей не позволяет двигателю развивать полную мощность, пока температура масла в двигателе не достигнет установленного предела. Именно масла, а не охлаждающей жидкости системы охлаждения.

 Бывают случаи быстрого, лавинообразного разрушения поршневых колец. Это может произойти или из-за сильного перегрева двигателя или в результате работы двигателя в условиях недостаточной смазки. В таких случаях возможно заклинивание колец в цилиндре, образование задиров на стенках цилиндра и поршне, разрушение поршневых колец и перегородок между кольцевыми канавками поршня. Такое состояние двигателя диагностируется достаточно легко. Признаком недопустимого износа поршневых колец является повышенное потребление масла. Если двигатель малолитражного автомобиля расходует более 0,5 литра масла на 1000 км и при этом при трогании с места после остановки перед светофором наблюдается появление из системы выпуска сизого дыма, можно предположить что поршневые кольца двигателя имеют недопустимый износ. В этом случае может наблюдаться повышенное давление картерных газов двигателя, которое можно определить, отсоединив шланг системы принудительной вентиляции картера двигателя. Также о большом давлении картерных газов свидетельствуют протечки масла через сальники, прокладки и другие уплотнения двигателя.

Для более точного диагностирования необходимо проверить компрессию в цилиндрах двигателя и проверить состояние цилиндропоршневой группы методом утечки сжатого воздуха.

Прямоугольное поршневое кольцо

Первоначально компрессионное поршневое кольцо в разрезе имело достаточно простую прямоугольную форму, но со временем форма колец стала значительно сложнее. Самый распространённый вид современных компрессионных поршневых колец.

Верхнее компрессионное кольцо

Первое (верхнее) компрессионное кольцо

Поршневые кольца —

Второе компрессионное кольцо

Второе компрессионное кольцо

Кольцо имеет наружную (рабочую) поверхность, непосредственно соприкасающуюся со стенками цилиндра, внутреннюю поверхность, направленную в сторону центра окружности кольца и две боковые поверхности, верхнюю и нижнюю. В результате эволюции двигателя форма разреза кольца перестала быть прямоугольной. Для обеспечения большей долговечности кольца, его более быстрой притирке к поверхности цилиндра, уменьшения вероятности закоксовывания колец в канавках поршня и для обеспечения других рабочих характеристик кольца форма разреза кольца стала довольно сложной и очень разнообразной.

raceportal.ru

Зачем нужны маслосъемные кольца. Маслосъёмные поршневые кольца

Маслосъемные кольца и колпачки являются одними из самых важных составляющих двигателя автомобиля. Чтобы провести грамотный ремонт, важно знать, что это за детали, как их найти и заменить.

Маслосъемные (или поршневые) кольца считаются самыми главными элементами двигателя внутреннего сгорания. Весь комплект, обычно, состоит из трех видов колец: верхнее компрессионное, компрессионно-маслосъемное и нижнее маслосъемное. Все они отвечают за большое количество параметров. К таковым относят: расход масла, топлива, мощность автомобиля, его запускная способность и токсичность выхлопных газов.

Главная функция поршневых колец – это отвод тепла от поршня. Если этого не произойдет, на поршне могут появиться различные дефекты или даже заклинивание. Кроме того, кольца обеспечивают максимальную герметичность камеры сгорания: не допускают попадание газов в картер двигателя и минимизируют попадание масла в камеру.

Кольца могут состоять из двух или трех составляющих. К числу первых относятся само кольцо и пружина, выполненная в виде спирали. За счет этого достигается максимальная гибкость элементов и наиболее плотное прилегание кольца. Конструкция, состоящая из трех элементов, содержит в себе распорную пружину и две пластинки, изготовленные из стали. Такое исполнение позволяет достигнуть максимальной герметичности по всему периметру прилегания колец и нашло применение в бензиновых двигателях.

Принцип работы маслосъемных колец

Компрессионное кольцо испытывает самые большие нагрузки, так как на него приходится самое большое давление газов и высокая температура. Такие кольца изготавливаются из легированных сталей, а на их поверхность наносят износостойкое покрытие.

а — внешний вид, б — расположение колец на поршне, в — составное маслосъемное кольцо; 1 — компрессионное кольцо, 2 — маслосъемное кольцо, 3 — плоские стальные диски, 4 — осевой расширитель, 5 — радиальный расширитель

При приближении к критической точке, количество масла в верхней части уменьшается, а давление и температура увеличивается. Скорость движения, при этом снижается, а остановка приводит полному разрыву смазочной пленки. Все это означает то, что компрессионное кольцо испытывает сухое трение, а значит, подвергается износу достаточно быстро.

Компрессионно-маслосъемные кольца подвергаются меньшим нагрузкам, однако выполняют сразу две функции: отвод моторного масла в картер и сохранение компрессии в цилиндре. В связи с этим, они имеют коническую форму с определенным углом наклона.

Маслосъемные кольца испытывают наименьшие нагрузки и отвечают только за отвод масла в картер двигателя. Для этого на них предусмотрено два пояса, между которыми собираются остатки масла и через специальную кромку в нижней части оно выводится в поддон двигателя.

Проверка состояния поршневых колец

Как вы уже поняли, режим работы колец является крайне тяжелым. Это связано с огромным давлением, трением и повышенное температурой. В связи с этим, происходит их естественный износ, который наступает, обычно, после 150 000 километров. Однако, многие водители утверждают, что их мотор выдерживал и по 500 000 километров. Такие результаты могут получиться только при очень правильной эксплуатации автомобиля, в остальных же случаях, износ колец наступает достаточно рано.

Выход из строя поршневых колец раньше положенного срока обычно наступает при использовании некачественного масла или его смешивании с другим. Немало важно, также, контролировать состояние воздушного и топливного фильтров, особенно, при езде по сильно запыленной дороге. Кроме всего прочего, не перегружайте и не перегревайте двигатель. Образование нагара, вследствие повышенных температур, способствует залеганию колец.

Как понять, что поршневым кольцам требуется ремонт? Для этого необходимо обратить внимание на расход масла. Повышенный расход смазочного вещества является самым первым признаком неисправности поршневых колец. Масло попадает в камеру сгорания и из выхлопной трубы появляется дым сизого цвета.

Кроме того, о неисправности поршневых колец можно судить по загрязнению свечей зажигания и утечке масла и его испарениям в местах установки прокладок и сальников.

Раскоксовка поршневых колец — для чего она нужна?

При обнаружении нагара необязательно нужно проводить замену поршневых колец. Опытные водители уже давно нашли проверенный способ, как быстро избавиться от нагара и вернуть к жизни залегшие кольца. Для этого готовится специальная смесь, в состав которой входит керосин и ацетон в равных количествах. Свечи зажигания выкручиваются, и в отверстия заливается приготовленная смесь. По истечению 9 часов, закрутите свечи и запустите мотор. После этого необходимо проехать около 15 километров на максимальных оборотах. В конце процедуры обязательно замените масло и воздушный фильтр.

Помимо использования народных рецептов, можно приобрести в магазине специальный раскоксыватель маслосъемных колец. Его действие, обычно, ограничивается 15

zrmm.ru