Маслосъемные кольца и повышенный расход масла

Одними из наиболее важных и ответственных деталей автомобильного двигателя являются поршневые компрессионные и маслосъемные кольца. От их состояния в значительной степени зависят такие эксплуатационные показатели как разгонная динамика автомобиля, расход топлива и моторного масла, пусковые свойства двигателя, а также токсичность отработавших газов.

Многие автолюбители интересуются, как своевременно определить проблему с поршневыми кольцами и какие основные признаки неисправности этих деталей. Для того чтобы разобраться в этом вопросе необходимо четко понимать назначение компрессионных и маслосъемных колец двигателя, особенности их конструкции и условий работы.

Особенности конструкции и назначение поршневых колец двигателя.

Поршневые кольца автомобильного двигателя выполняют 3 основные задачи:

1. Предотвращение прорыва газов из камеры сгорания в картер.
2. Отведение теплоты от нагретого отработавшими газами поршня в стенки цилиндров.
3. Обеспечение смазки деталей цилиндропоршневой группы и предотвращение (или хотя бы минимизация) попадания масла с картера в камеру сгорания и как следствие повышенного расхода масла.

В большинстве современных двигателей эти функции выполняют три поршневых кольца:

1. верхнее компрессионное;
2. среднее компрессионно-маслосъемное;
3. нижнее маслосъемное кольцо.

Верхнее компрессионное кольцо отвечает за герметизацию камеры сгорания и испытывает очень большие нагрузки, так как воспринимает большую часть давления отработавших газов при сгорании. К тому же кольца работают в условиях повышенных температур, что сказывается на условиях их смазки и износа, что в итоге приводит к повышенному расходу масла. Для обеспечения противостояния большим температурным и силовым нагрузкам верхние кольца изготавливают из высокопрочного чугуна, легированного молибденом, никелем и хромом.

Среднее компрессионно-маслосъемное кольцо кроме функции уплотнения выполняет еще управление смазкой деталей и предотвращает повышенный расход масла. Во время хода поршня от верхней мертвой точки к нижней кольцо снимает масло со стенок цилиндра. Для обеспечения выполнения этой функции средние кольца имеют специальную форму, которая позволяет снимать масло со стенок при ходе поршня вниз и пропускать его при ходе вверх, что предотвращает попадание масла в камеру сгорания. Так как эти кольца менее нагружены чем компрессионные, то их, как правило, изготавливают из менее прочного материала — серого легированного чугуна с пластинчатым графитом.

Как можно догадаться из самого названия, главной задачей нижнего маслосъемного кольца является снятие масла с поверхности цилиндра и через отверстия или пазы в канавке поршня сбрасывание его в картер. Так как функции этого кольца отличаются от тех, что выполняют компрессионные кольца, то и его конструкция существенно отличается.

В настоящее время наибольшее распространение получили 2 типа маслосъемных колец:

1. коробчатое с эспандерной пружиной;
2. наборное, которое состоит из двух дисков и двухфункционального расширителя.

Основными требованиями к этим кольцам являются хорошая приработка к стенкам цилиндра и высокое давление на них, что обеспечивает эффективное снятие смазочного материала и предотвращение повышенного расхода масла. В зависимости от типа маслосъемные кольца изготавливают из серого легированного чугуна или из углеродистой стали. Для эффективной работы в паре с чугунной гильзой их поверхность хромируют.

Основные признаки износа поршневых колец

При износе верхних компрессионных колец, как правило, снижается компрессия в двигателе, что проявляется в ухудшении разгонной динамики автомобиля, а в случае если изношены кольца не у всех цилиндрах, то такой двигатель работает неравномерно. Для того чтобы определить в каком цилиндре изношены кольца необходимо замерить компрессию. В исправном бензиновом двигателе она должна составлять 11 – 13 бар, в дизеле – от 23 до 40 бар.

Когда изношены маслосъемные кольца

Износ или неисправность маслосъемных колец проявляется в повышенном расходе масла при нормальных условиях эксплуатации. Также признаком износа колец служит наличие черного дыма из системы выпуска и системы вентиляции картера (сапуна). Причиной этого является выгорание попавшего в камеру сгорания моторного масла.

Одним из возможных признаков, что может свидетельствовать о износе маслосъемных колец, служит загрязнение свечей маслом, но такое бывает и в случае если изношены масляные колпачки клапанов. Для точного определения причины неисправности потребуется разборка двигателя.

В большинстве случаев у современных двигателях внутреннего сгорания срок службы маслосъемных колец составляет 150-200 тысяч километров пробега, а в некоторых моторах даже от 300 до 500 тыс. Однако если автомобиль эксплуатируется в тяжелых условиях или его владелец своевременно не меняет масло, то их замена будет необходима уже через 50 тыс. километров. В связи с этим, принимая решение о замене компрессионных и маслосъемных колец, не стоит ориентироваться только по пробегу автомобиля.

Что делать при износе колец?

Для того чтобы выбрать путь решения проблемы необходимо выяснить, по какой причине она возникла. Возникновение вышеуказанных симптомов может быть вызвано износом или поломкой компрессионных и маслосъемных колец или же в случае если они закоксовались и залегли.

В первом случае нужно будет обязательно разбирать двигатель, и устанавливать новые детали вместо поврежденных. При этом следует тщательно осмотреть все сопряженные детали, так как при поломке колец возможно возникновение задиров, что можно устранить только путем проведения капитального ремонта.

В случае если есть предположение, что поршневые и маслосъемные кольца залегли, то можно добавить в масло специальную присадку. Но такой способ применяется, как правило, в профилактических целях.

Связанные с поршневыми кольцами неисправности возникают в практике довольно часто. Поэтому для того чтобы предотвратить возникновение серьезных последствий и, как результат, больших расходов на ремонт, необходимо вовремя распознавать первые их симптомы и принимать соответствующие меры.

 Евгений Шуба, к.т.н., преподаватель кафедры двигателей и теплотехники Национального транспортного университета

Поршневые кольца двигателя авто — основное назначение и из чего делают?

Расскажем про поршневые кольца двигателя автомобиля, какие они бывают и их основное назначение. Из чего делают поршневые кольца мотора?

Какие бывают

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 отличие 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.

Из чего делают

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.

Верхние компрессионные кольца

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.

Второе компрессионное и маслосъемное 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. Несмотря 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.

виды, функции, поломки и их устранение

Поршневые кольца – неотъемлемый элемент любого двигателя. Они устанавливаются в специальные канавки на поршнях. В данной статье рассмотрим разновидности поршневых колец, их функции и обслуживание.

Виды поршневых колец

Поршневые кольца бывают маслосъемными и компрессионными.

Первые служат для удаления излишков масла с поршня и цилиндра. После прохода этих колец на поверхностях остается тонкая масляная пленка в несколько микрон. В канавках деталей располагаются радиальные отверстия или прорези, по которым собранное моторное масло возвращается в поддон.

Существуют составные маслосъемные кольца с пружинами-расширителями и литые чугунные. Первые состоят из двух тонких колец, а также радиального и осевого расширителей. Их производство не слишком затратно, поэтому составные кольца используются чаще литых. Некоторые поршни оснащаются двумя составными или литыми кольцами. Для того чтобы стабилизировать прижим, чугунные дополняются пружинным расширителем.

Компрессионные кольца отвечают за изоляцию камеры сгорания. На поршни их устанавливается не более трех.

Выделяют верхние и нижнее компрессионные кольца. Первые ускоряют приработку, второе дополнительно герметизирует камеру после маслосъемного кольца. Оно предотвращает попадание газов в картер, препятствует проникновению излишков моторного масла в камеру сгорания, предупреждает детонацию двигателя.

Функции поршневых колец

Обобщая вышесказанное, можно выделить следующие функции поршневых колец:

• Компрессия. Кольца изолируют камеру сгорания от картера. Предотвращая проникновение газов между поршнем и цилиндром, кольца способствуют их наиболее эффективному сжатию
• Экономия моторного масла. Достигается за счет работы маслосъемных колец, которые убирают часть смазки с поверхностей цилиндра и направляют ее в картер
• Теплообмен. Кольца передают тепло от поршня к стенкам цилиндра. При воспламенении топливно-воздушной смеси внутри камеры сгорания возникают температуры до +300 °C. Без отвода тепла высок риск поломки двигателя
• Уменьшение горизонтальных колебаний поршня. Плотно посаженные кольца удерживают поршень строго в горизонтальном направлении и не дают ему «гулять». Благодаря этому предотвращается износ ЦПГ двигателя

Конструкционные материалы для поршневых колец

Поршневые кольца изготавливают из высококачественного чугуна или легированной стали. Чугунные имеют меньший вес и быстрее прирабатываются, однако стальные обладают лучшей термостойкостью и более высоким пределом прочности. Кроме того, стальные кольца требуют нанесения твердого приработочного антифрикционного покрытия.

Чаще всего верхние стальные кольца имеют оловянное или хромовое покрытие, нижние – молибденовое напыление.

Современные силовые агрегаты могут иметь большее количество поршневых колец, чем их «предшественники». Это связано с их более высокой мощностью и необходимостью в интенсивном отводе тепла от поршней.

Типичные неисправности поршневых колец

Износ поршневых колец вызывает увеличение зазора между стенками цилиндра и поршнем. Это приводит к тому, что при воспламенении топливно-воздушной смеси газы проникают в картер и снижают эффективность работы двигателя. Ухудшаются также характеристики моторного масла.

То же самое происходит при залегании колец. Раскаленные газы проникают из камеры сгорания и разрушают масло, вследствие чего в кольцевых каналах образуются отложения. Кроме того могут появляться побочные продукты сгорания топлива.

Из-за тяжелых отложений кольца в канавках залегают, в результате чего снижается подвижность поршня. Из-за образовавшегося между кольцами и стенкой цилиндра зазора происходит прорыв картерных газов, повышается расход моторного масла.

Износ поршневых колец можно определить по некоторыми внешним признакам, например, по синему дыму из выхлопной трубы. Особенно это заметно при холодном пуске двигателя.

Вместе с поршневыми кольцами изнашиваются, как правило, юбки поршней. И если поврежденные кольца нуждаются исключительно в замене, то состояние поршней можно улучшить при помощи специальных антифрикционных покрытий – к примеру, MODENGY Для деталей ДВС.

Данное покрытие обладает широким диапазоном рабочих температур (от -70 до +260 °C), способствует снижению трения и износа поршней, защищает юбки от задиров. Применение покрытия уменьшает расход топлива, повышает мощность двигателя и делает работу силового агрегата менее шумной.

Примечательно, что MODENGY Для деталей ДВС отверждается при комнатной температуре. Покрытие не требует дополнительного оборудования для нанесения, так как имеет удобную аэрозольную фасовку.

Перед нанесением покрытия рекомендуется использовать Специальный очиститель-активатор MODENGY. Он не только убирает разнородные загрязнения, но и образует на поверхностях пленку, улучшающую адгезию покрытия.

Замена поршневых колец

Чтобы снять поршневые кольца, нужно развести их края в области замка до тех пор, пока деталь не покинет канавку. Делается это при помощи специальных щипцов или небольшой плоской отвертки.

После снятия колец канавки очищаются от нагара при помощи специального инструмента или старого компрессионного кольца, сломанного на две части.

Перед установкой новых колец следует обратиться к инструкции, которая прилагается к комплекту. В ней описывается последовательность работы и правильное расположение деталей.

После очистки канавок необходимо проверить их на предмет повреждения радиусов и боковых поверхностей.

Установку новых колец начинают с нижнего. Процедура выполняется при помощи специального цангового устройства.

По окончании работы проверяют зазоры боковых поверхностей. Если они превышают 0,1 мм, поршни подлежат замене.

Обкатка двигателя с новыми кольцами производится в течение 3-5 тыс. км. Она включает в себя стандартные действия: прогрев двигателя, запрет длительного простоя на холостом ходу, движение на высоких оборотах, с малой скоростью при повышенных передачах и т.д. По прошествии обкатки двигатель не следует подвергать нагрузкам еще 5-10 тыс. км.

Кольца компрессионные, маслосъемные, установка

Поршневые кольца

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

 

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

 

Первое компрессионное кольцо

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

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

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

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

Второе компрессионное кольцо

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

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

Маслосъемное кольцо

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

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

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

 

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

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

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

Особенности установки маслосъемных колец

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

 

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

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

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

Соблюдая простые правила, вы правильно установите кольца в цилиндре.

 

 

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).

Для их изготовления используется чугун и нержавеющая сталь. Первый вариант сочетается с чугунным материалом, использованным в блоках цилиндров, что благодаря структуре, позволяет ему уменьшать износ путем удерживания масла. Довольно широко распространены детали из пластичного чугуна (производный вариант от ковкового), который имеет способность к упругой деформации, что значительно облегчает процесс установки.

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.

Такое кольцо применяется в поршневых двигателях в независимости от того, паровой он или внутреннего сгорания и выполняет три основные функции. Во-первых, компрессионные (верхние) кольца обеспечивают герметизацию камер сгорания, во-вторых, передают тепло через стенки цилиндра и фильтруют тепло, полученное от поршня, тем самым не допуская его перегрева, а в-третьих отлично уменьшают расход масла (если оно используется).

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.

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.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Ремонт двигателя. Кольцевая дорожка

При ремонте и модернизации двигателя возникает вопрос, какие поршневые кольца установить. Чтобы не ошибиться, нужно хотя бы в общих чертах представлять себе условия работы колец и требования, которые к ним предъявляются

Алексей Березин

При ремонте и модернизации двигателя возникает вопрос, какие поршневые кольца установить. Чтобы не ошибиться, нужно хотя бы в общих чертах представлять себе условия работы колец и требования, которые к ним предъявляются.

Поршневые кольца делятся на компрессионные и маслосъемные. Первые уплотняют камеру сгорания и передают теплоту от поршня в блок (гильзу цилиндра). Вторые препятствуют попаданию масла в камеру сгорания.

Уплотнение компрессионными кольцами происходит за счет прижатия кольца к цилиндру силами упругости материала кольца и давления газов, проникающих из камеры сгорания в заколечное пространство через зазоры. При частичных нагрузках давление в камере сгорания уменьшается, и основное значение в уплотнении приобретают упругие свойства материала и форма кольца. Высокая температура, разумеется, снижает его упругость.

Надежность уплотнения зависит и от формы цилиндра (овальность, корсетность), препятствующей плотному прилеганию кольца к цилиндру. Кроме того, неровности сопрягаемых поверхностей, износ цилиндра в зоне остановки колец, износ поршневых канавок и соответствующих поверхностей колец вызывают их вибрацию в осевом и радиальном направлениях, что приводит к усталостному разрушению колец.

На первое поршневое кольцо приходятся самые большие нагрузки. Оно работает при температуре 180 — 210 °C, и поскольку масляный слой в зоне остановки поршня в верхней мертвой точке (ВМТ) практически отсутствует, в поверхностных слоях кольца, контактирующих с цилиндром, температура существенно выше — из-за трения. Увеличение теплового зазора между поршнем и цилиндром при износе вызывает качание поршня при перекладках в верхней и нижней (НМТ) мертвых точках, что придает боковой поверхности кольца бочкообразную форму. Это помогает его всплытию на масляном слое в средней части цилиндра.

Второе кольцо работает в более благоприятных условиях, поскольку температура поршня в его зоне значительно ниже (150 — 170 °C), горячих газов меньше, а масляный слой толще.

Маслосъемное кольцо меньше подвержено тепловым нагрузкам, однако оно должно регулировать подачу масла к компрессионным кольцам так, чтобы его хватало для смазки, но в камеру сгорания проникало как можно меньше.

На долю поршневых колец приходится 40 — 50% всех механических потерь на трение в двигателе, причем на первое компрессионное кольцо — 60%, на второе — 30%, на маслосъемное — 10% затрат энергии на трение колец.

Компрессионные кольца бензиновых двигателей обычно изготавливают из специальных марок чугуна, изредка — из стали (например, кольца диаметром 100 мм для ЗИЛов и УАЗов). Первое компрессионное кольцо, как правило, прямоугольной формы, но в некоторых случаях на внутреннем диаметре делается довольно большая фаска, создающая напряжение изгиба кольца и улучшающая съем масла. Такая конструкция принята на «москвичевских» кольцах, а также на изготовленных фирмой Goetze для «Волг» и УАЗов (и подходящих для ГАЗ-53). При установке зарубежных колец необходимо обращать внимание на их правильное положение — верх определяется по надписи «ТОР».

Наружная рабочая поверхность кольца должна иметь покрытие из хрома, обладающего необходимой твердостью и низким коэффициентом трения. Высокая температура плавления хрома не дает произойти «схватыванию» материалов кольца и цилиндра при отсутствии масла в зоне остановки кольца. Хромовое покрытие должно быть толщиной не менее 0,1 мм (без приборов толщину покрытия можно увидеть на фаске на торце в замке кольца, правда, на отечественных кольцах фаска, как правило, отсутствует или завалена, т.к. делается вручную; за рубежом эта операция выполняется на специальных шлифовальных станках, вследствие чего фаска чистая, хорошая, и видна толщина хрома).

Хром должен иметь матовый цвет, получаемый при соответствующей гальванической обработке. Это так называемый «пористый» хром, который несколько мягче жесткого, блестящего, лучше прирабатывается и удерживает в микропорах масло, отчего снижаются трение и износ покрытия.

В процессе работы покрытие все равно изнашивается, поэтому чем оно толще (в определенных пределах), тем дольше служит. (Здесь возникает вопрос о различных противоизносных, металлоплакирующих и антифрикционных добавках в масло, но это тема другого разговора.) Износ хромового покрытия вызывает повышение трения кольца, ускоренный износ основного металла кольца, снижение компрессии и увеличение расхода масла.

Торцы кольца в замке должны быть ровными и хорошо прилегающими друг к другу при сжатии кольца, фаска — маленькой и аккуратной. При несоблюдении этих требований увеличивается прорыв горячих газов в зоне стыка, вызывающий местный перегрев и повышенный износ кольца. В случае общего перегрева поршня (например, при перегреве двигателя) возможно исчезновение теплового зазора в замке и, как следствие, задиры и поломки кольца и цилиндра.

Остальные поверхности кольца чаще всего бывают фосфатированы. Это противоизносное и антикоррозионное покрытие должно быть глубоким, что определяется по плотному черному цвету, без просветов основного металла.

Возможны и другие виды покрытий рабочей поверхности, например, молибденовые — снижающие трение, термостойкие (молибден выдерживает температуру до 2620 °C), а также металлокерамические и керамические, наносимые в вакууме или газовых средах с помощью плазменных технологий. Такие покрытия в массовом производстве встречаются достаточно редко и только за рубежом.

При замене колец без ремонта блока или гильз применяются кольца без хрома, т. к. он плохо прирабатывается к поверхности с высокой чистотой, образующейся при длительной работе колец. Если хромированные кольца устанавливаются в работавший цилиндр, то при обкатке двигателя применяются специальные масла, обеспечивающие ускоренную приработку в первую очередь поршневых колец.

Второе компрессионное кольцо решает две задачи: уплотнения зазора между поршнем и цилиндром от газов, проникших за первое кольцо; снятия масла, проникшего за маслосъемное кольцо (не полностью, а пропустив его в количестве, необходимом для смазки первого кольца, то есть деталь играет роль и компрессионного, и маслосъемного колец).

Это кольцо работает при более низких температурах и наличии достаточного количества масла на трущейся поверхности, поэтому в бензиновых двигателях, как правило, рабочая поверхность кольца не покрывается хромом — оно целиком фосфатируется или покрывается каким-либо другим противоизносным слоем, например, оловом. Материал кольца практически у всех производителей — специальный чугун.

Для выполнения маслосъемной функции рабочая поверхность кольца имеет проточку с острой кромкой или делается в форме конуса с очень малым углом (так называемое «минутное» кольцо, которое также может иметь проточку на рабочей поверхности или на внутренней — вызывающую искривление кольца и образование на рабочей поверхности острой кромки). Cпецифическая форма кольца требует его правильной установки на поршень. «Минутные» кольца для бензиновых двигателей, более сложные и дорогие, наша промышленность не выпускает. За рубежом делают кольца всех типов.

Сравнивая особенности конструкции второго компрессионного кольца, т.е. способы образования маслосъемной кромки, можно отметить положительный момент у колец с наружной проточкой и «минутных»: у них, по сравнению с кольцами, имеющими проточку на внутренней поверхности, не искажаются плоскости прилегания кольца к сопрягаемым поверхностям канавок поршня. Благодаря этому канавка не деформируется, улучшается теплоотвод от поршня и повышается ресурс цилиндропоршневой группы.

Окончательно конструкцию кольца можно подобрать только опытным путем, проводя ресурсные испытания. Обращаясь к опыту ведущих мировых производителей, можно сказать, что они чаще применяют «минутные» кольца с проточкой или без нее. У нас для «Волг» продаются кольца фирмы Goetze «минутного» типа. Для ВАЗов применяется второе компрессионное кольцо прямоугольной формы с проточкой по рабочей поверхности. При выборе комплекта колец нужно обратить особое внимание на стык и покрытие, как было указано выше.

Перейдем к маслосъемному кольцу. Из всего комплекта колец оно работает в наиболее легких условиях — как по температуре, так и по условиям смазки. Его задача — регулировать количество масла, поступающего к компрессионным кольцам, обеспечивая смазку первого компрессионного кольца, но не допуская при этом излишнего поступления масла в камеру сгорания.

Чаще всего используются два конструктивных исполнения кольца — коробчатого типа и сборной конструкции.

Коробчатое кольцо изготавливают из чугуна. Оно имеет на рабочей поверхности два пояска, снимающих масло с поверхности цилиндра. Пояски бывают различной формы, например, прямоугольные (двигатель типа 412) или трапециевидные с разным направлением уклона.

Для увеличения жесткости кольца, повышающей степень съема масла, внутри устанавливают пружинный расширитель.

Кольцо сборной конструкции состоит из двух стальных колец, которые удерживаются в канавке расширителями различной конструкции. Каждое из колец работает в какой-то степени независимо друг от друга, повышая тем самым маслосъемные свойства этого типа конструкции. Однако при износе хромового покрытия на рабочей кромке происходит резкое увеличение коэффициента трения при контакте стального кольца с чугуном цилиндра в зоне остановки кольца в ВМТ и НМТ, и там появляется ступенька, приводящая к вибрации кольца и прогрессирующему износу кольца и цилиндра, а в зоне ВМТ — еще и компрессионных колец (на этот сложный процесс значительное влияние оказывают свойства масла и его температура).

Коробчатое кольцо такого дефекта не имеет, т. к. изготавливается из чугуна (коэффициент трения пары «чугун-чугун» равен 0,15, а пары «сталь-чугун» — 0,18). При износе хромового покрытия это кольцо меньше изнашивает цилиндр и не создает уступа, как стальное.

Вне зон ВМТ и НМТ, когда увеличивается скорость поршня, происходит всплытие колец на масляной пленке, пропадает контакт колец с поверхностью цилиндра. Износ исчезает, что хорошо видно при осмотре поверхности цилиндра.

Для двигателей, имеющих небольшую наработку (как правило, у машин, находящихся в личном пользовании), конструкция маслосъемного кольца безразлична, здесь решающим фактором является качество хромового покрытия. А вот для двигателей с большой наработкой (у автомобилей, используемых в коммерческих целях) более предпочтительно использование маслосъемных колец коробчатого типа.

Остальные поверхности маслосъемного кольца, как правило, фосфатируются.

General Motors, Volkswagen, Mercedes-Benz, Fiat, BMW, Chrysler, Porsche чаще применяют в двигателях легковых машин коробчатые кольца, Ford и Renault — сборные. В зависимости от задач применяются как коробчатые, так и сборные и другие виды маслосъемных колец.

Для дизелей применяются только коробчатые маслосъемные кольца. В связи с повышенной теплонапряженностью дизельной цилиндропоршневой группы необходимо еще более тщательно контролировать качество используемых деталей. Здесь доверие «левшам» стоит значительно дороже.

После замены колец наступает важный момент — обкатка двигателя. В это время пара трения «кольцо-цилиндр» требует особого внимания, т.к. поверхность кольца, покрытая хромом (особенно хромом низкого качества), усиленно снимает поверхностный слой цилиндра, где при окончательной обработке нанесены риски для создания маслоудерживающей сетки.

В нашей стране и за рубежом давно применяются различные обкаточные масла или добавки в рабочие масла, способствующие ускоренному созданию микрорельефа со сглаженными вершинами (за счет физико-химических реакций в наиболее нагруженных зонах). Конечно, необходимо тщательно соблюдать требования производителей масел и добавок.

Оптимальная поверхность, без выступающих элементов, испытывает меньшие контактные нагрузки. По ней более равномерно распределяется масляная пленка, выдерживающая большие давления, которые возникают во время работы. Таким образом, ускоренная приработка колец и поверхности цилиндра — залог увеличенного ресурса двигателя.

Мы рассмотрели лишь основные моменты работы колец. Многофакторность функционирования системы «поршень-кольца-масло-температура двигателя-тип рабочего процесса» требует анализа работы каждого элемента в различных условиях эксплуатации.

Хочу получать самые интересные статьи

Поршневые кольца

Поршневые кольца предотвращают утечку давления газа из камеры сгорания и сводят к минимуму просачивание масла в камеру сгорания. [Рис. 1-15] Кольца входят в канавки поршня, но выпрямляются и прижимаются к стенкам цилиндра; при правильной смазке кольца образуют эффективное газовое уплотнение.

Конструкция поршневого кольца

Большинство поршневых колец изготовлено из высококачественного чугуна. [Рисунок 1-14] После изготовления колец их шлифуют до желаемого поперечного сечения.Затем они разделяются таким образом, чтобы их можно было надеть на внешнюю часть поршня и в кольцевые канавки, обработанные на стенке поршня. Поскольку их цель — герметизировать зазор между поршнем и стенкой цилиндра, они должны прилегать к стенке цилиндра достаточно плотно, чтобы обеспечить газонепроницаемую посадку. Они должны оказывать одинаковое давление во всех точках на стенке цилиндра и должны герметично прилегать к боковым сторонам кольцевых канавок.

Рисунок 1-14. Поршень в сборе и типы поршней.

Серый чугун чаще всего используется для изготовления поршневых колец.В некоторых двигателях поршневые кольца из низкоуглеродистой стали с хромированным покрытием используются в верхней канавке под компрессионное кольцо, поскольку эти кольца могут лучше выдерживать высокие температуры, присутствующие в этой точке. Хромированные кольца необходимо использовать со стальными стенками цилиндров. Никогда не используйте хромированные кольца на хромированных цилиндрах.

Компрессионное кольцо

Назначение компрессионных колец — предотвращение утечки продуктов сгорания через поршень во время работы двигателя. Они помещаются в кольцевые канавки непосредственно под головкой поршня.Количество компрессионных колец, используемых на каждом поршне, определяется типом двигателя и его конструкцией, хотя в большинстве авиационных двигателей используются два компрессионных кольца плюс одно или несколько маслосъемных колец.

Поперечное сечение кольца прямоугольное или клиновидное с конической поверхностью. Коническая поверхность представляет собой узкую опорную кромку к стенке цилиндра, что помогает уменьшить трение и обеспечить лучшее уплотнение.

Маслосъемные кольца

Маслосъемные кольца помещаются в канавки непосредственно под компрессионными кольцами и над отверстиями для поршневых пальцев.На поршень может быть одно или несколько маслосъемных колец; два кольца могут быть установлены в одну и ту же канавку, или они могут быть установлены в разные канавки. Маслосъемные кольца регулируют толщину масляной пленки на стенке цилиндра. Если слишком много масла попадает в камеру сгорания, оно сгорает и оставляет толстый слой нагара на стенках камеры сгорания, головке поршня, свечах зажигания и головках клапанов. Этот углерод может вызвать заедание клапанов и поршневых колец, если он попадет в кольцевые канавки или направляющие клапана.Кроме того, уголь может вызвать пропуски зажигания в свече зажигания, а также детонацию, преждевременное зажигание или чрезмерный расход масла. Чтобы излишки масла могли вернуться в картер, просверливаются отверстия в нижней части канавок под поршневые кольца, регулирующие подачу масла, или в площадках рядом с этими канавками.

Маслосъемное кольцо

Маслоочистное кольцо обычно имеет скошенную поверхность и устанавливается в канавку в нижней части юбки поршня. Кольцо устанавливается так, чтобы чистящая кромка находилась в стороне от головки поршня или в обратном положении, в зависимости от положения цилиндра и серии двигателя.В обратном положении скребковое кольцо удерживает излишки масла над кольцом при движении поршня вверх, и это масло возвращается в картер с помощью маслосъемных колец при ходе вниз.

Бортовой механик рекомендует

Маслосъемное кольцо — High Power Media

Если верхнее компрессионное кольцо выполняет наиболее сложную задачу в двигателе, то на другом конце пакета поршневых колец регулировочное кольцо для масла не намного проще.При движении со средней скоростью, приближающейся к 4000 футов в секунду или около того, компонент должен удалить излишки масла из отверстия цилиндра при движении вниз и обеспечить достаточное количество проходов для смазки верхних колец. Затем излишки масла проталкиваются через кольцо и стекают обратно в картер через ряд прорезей или отверстий в поршне.

В отличие от компрессионного кольца / колец, указанных выше, давление газа сгорания мало или отсутствует, чтобы проникнуть в пустоту за кольцом и прижать его к стенке цилиндра, поэтому для этих колец приходится использовать совершенно другой метод поддержания какого-либо вида тюлень.Цельное масляное кольцо, например, с двумя параллельными друг другу внешними площадками, полностью зависит от внутреннего напряжения самого кольца. Эти кольца могут иметь скошенные кромки либо на внешних краях площадок — для увеличения контактного давления, либо скошенные кромки на той части площадки, которая обращена к камере сгорания, что также будет способствовать расходу масла за счет улучшенного соскабливания масла из отверстия. Благодаря прорезям, позволяющим маслу течь обратно через поршень, независимо от конструкции детали, они имеют несколько квадратную форму, и их трудно искривлять и согласовывать с формой канала ствола, который часто бывает далеко не круглым во время срабатывания цилиндра.Кольца этой конструкции очень редко используются сегодня, поскольку их по большей части вытеснили конструкции из двух и трех частей.

В некотором смысле похож на цельное кольцо, двухкомпонентная версия оказывает давление на отверстие цилиндра с помощью винтовой пружины при сжатии. Цилиндрическая и часто изготавливаемая из термообработанной пружинной стали, эта спираль располагается в полукруглой канавке или V-образной форме на задней части кольца и действует равномерно по всей окружности. Это не только помогает правильно расположить пружину, но и уменьшает ее поперечное сечение, позволяя ей скручиваться и больше соответствовать форме отверстия.Когда-то просверленные отверстия были популярны, но теперь просверленные отверстия взяли верх из-за их более однородной прочности и ровного контура. Эти кольца, изготовленные из азотированных сталей с высоким содержанием хрома, с различными фасками или более выраженными скошенными краями, чаще всего используются в дизельных двигателях.

В двигателях с высокими рабочими характеристиками, особенно с гильзами цилиндров с более тонкими стенками, популярным решением являются трехкомпонентные маслосъемные кольца. Состоящие из двух тонких стальных колец (направляющих), разделенных расширяющейся прокладкой, которая также прижимает их к стенке цилиндра, эти три системы колец спроектированы так, чтобы быть полностью гибкими и «обнимать» стенку цилиндра как можно ближе.Имея низкую инерцию вокруг своего поперечного сечения, эти отдельные элементы могут также скручиваться и изгибаться в ответ на динамическую форму отверстия, обеспечивая минимальную утечку масла в компрессионные кольца выше и в то же время помогая стабилизировать поршень в отверстии. Эту приспосабливаемость рельсов можно улучшить, увеличив тангенциальную нагрузку или уменьшив ее момент инерции. Однако это не всегда желательно, поскольку более высокие тангенциальные нагрузки увеличивают трение двигателя, а уменьшение сечения может, в свою очередь, вызвать другие проблемы с долговечностью.

В гоночных двигателях, где контроль масла не так важен, трение — враг. Таким образом, компромисс между контролем масла и трением неизбежно уступит место кольцам низкого натяжения и высокому расходу масла.

Некоторые вещи никогда не меняются.

Автор Джон Коксон.

Маслосъемные кольца со шлицами | Euroring BV

Маслосъемные кольца с прорезями | Euroring BV

Читать далее Перейти к продукту Читать далее Продукты class = «post-150 тип работы-статус-публикация-пост-миниатюра hentry Categories-products»

разовая работа.php

Наиболее известным применением маслосъемных колец с прорезями является нижнее кольцо из трех типов на поршне двигателя внутреннего сгорания. Поршневое кольцо этого типа обеспечивает одинаковое распределение масла по стенке цилиндра и отвод излишков масла в картер через выемки в кольце. Поршень также имеет каналы, по которым это масло может стекать обратно в картер. Другая часть масла соскабливается через стенку цилиндра. Классический вариант — однопоршневое кольцо с натяжным кольцом или без него.

В настоящее время часто используются трехкомпонентные поршневые кольца, в которых центральное внутреннее кольцо прижимает два более узких поршневых кольца на месте и с натяжением к стенке цилиндра. Мы также называем этот тип кольцами Niflex. Узкие рабочие кольца в этой системе изготовлены из стали и после обработки имеют твердое хромовое или нитридное покрытие.

Используемые материалы включают:
— Пластинчатый чугун и чугун с шаровидным графитом
— Различные марки стали

Стандарты:
— NEN ISO 6627: 2000
— NEN ISO 6625: 1986

Поршневое кольцо Niflex

Специальные поверхностные слои:
— Твердый хром
— Азотирование в ванне и плазме
— Слои PVD
— Слои DLC

Тип E301

Маслосъемное кольцо с прорезями и узкими канавками.

Тип E302

Маслосъемное кольцо с прорезями и широкими канавками.

Тип E303

Маслосъемное кольцо с прорезями, широкими канавками для масла и закругленными прорезями.

Тип E304

Маслосъемное кольцо со шлицами и коническими маслосъемными канавками.

Тип E305

Маслосъемное кольцо с широкими ступенями и прорезями.

Тип E306

Маслосъемное кольцо с двойным скосом.

Тип E307

Маслосъемное кольцо с двойным скосом и канавками.

Тип E308

Маслосъемное кольцо со скошенной кромкой и прорезями.

Тип E309

Маслосъемное кольцо со скосом и расширительной пружиной.

Тип E310

Маслосъемное кольцо с прорезями и смещенной рабочей поверхностью.

Тип E311

Маслосъемное кольцо с двумя прорезями.

Тип E312

Маслосъемное кольцо со смещением и широкой масляной канавкой.

Тип E313

Маслосъемное кольцо с прорезями, широкими канавками для масла и пружиной расширителя.

Что делает 2-е поршневое кольцо? Объяснение назначения и функции!

Пакеты поршневых колец спроектированы так же тщательно, как и любая высокопроизводительная деталь, но «средний ребенок» может быть самым неправильно понятым.Вот взгляд на науку, которая проникает в дизайн второго кольца.

С момента изобретения металлического поршневого кольца в начале промышленной революции (которое, как вы можете утверждать, в конечном итоге сделало паровую мощность непрактичной), постоянно совершенствовались и совершенствовались технологии уплотнения цилиндров для этих, казалось бы, простых деталей. Кольцевой пакет преследует три основные цели: удерживать давление в камере сгорания как при такте сжатия, так и во время рабочего хода, передавать тепло от поршня к стенкам цилиндра, откуда его можно удалить с помощью воздушного или жидкостного охлаждения, и контролировать смазку для ограничения расхода масла и нежелательные выбросы.

Обычный автомобильный обратный звонок должен работать в гармонии, чтобы герметизировать давление сгорания, контролировать масло и передавать тепло в блок цилиндров.

В то время как легко взглянуть на верхнее кольцо или масляное кольцо внизу и интуитивно понять их вклад в достижение этих целей, второе кольцо представляет собой скорее загадку. Что он должен делать и зачем это нужно? Как используемые материалы и физические свойства второго кольца влияют на производительность? Чтобы ответить на эти вопросы, мы обратились к старшему техническому менеджеру по работе с клиентами Алану Стивенсону, ведущему источнику знаний о поршневых кольцах.

Обратите внимание на изящную форму крючка на краю кольца. Это 2-е кольцо типа Napier, и этот «крючок» помогает ему стягивать масло со стенок цилиндра, когда поршень скользит по отверстию цилиндра.

Для нашего первого вопроса мы спросили Стивенсона, играет ли второе кольцо роль в сдерживании сжатых или горючих газов. «Было время, когда отверстия были такими плохими с точки зрения обработки поверхности, округлости и так далее, а материалы колец были намного хуже, так что раньше поршни имели четыре кольца; два для компрессионного уплотнения, один для очистки масла и один для перекачки масла », — поясняет он.«Терминология не поспевает за технологиями. Называть современное второе кольцо компрессионным кольцом неправильно ».

Так каков вклад современного второго кольца в уплотнение камеры сгорания? Пер Стивенсон, «Незначительно. Были опубликованы документы SAE, которые доказывают, как увеличенные зазоры второго кольца на самом деле увеличивают уплотнение и мощность верхнего кольца. Уплотнение горения — это 100% работа верхнего кольца ». В сочетании с другими характеристиками поршня роль второго кольца в этом отношении заключается в поддержании давления в щели между ним и верхним кольцом на как можно более низком уровне, обеспечивая любой прорыв, который заставляет его пройти мимо верхнего компрессионного кольца, способ быстро побег в картер.

В то время как маслосъемные кольца выполняют основную часть работы по «откачке» масла от поверхности стенки цилиндра, второе кольцо играет жизненно важный ролик, соскребая его с поверхности цилиндра.

«Канавка аккумулятора работает вместе с большими зазорами 2-го кольца», — поясняет Стивенсон. «Короче говоря, всегда будет некоторая утечка давления сгорания за верхнее кольцо из-за движения вторичного поршня и поперечного люка цилиндра. Любое давление, которое проходит мимо верхнего кольца, имеет тенденцию попадать в ловушку между верхним и вторым кольцами, что затем оказывает давление на верхнее кольцо снизу, что приводит к дрожанию кольца (особенно на высоких оборотах).Канавка гидроаккумулятора создает дополнительный объем, который снижает давление. Здесь применяется закон Бойля; объем и давление имеют обратную зависимость, поэтому увеличение объема снижает давление. Соединение этого с более крупными зазорами второго кольца обеспечивает более плавный выход захваченного газа из этого пространства и снижает флаттер верхнего кольца ».

Поскольку второе кольцо специально не предназначено для использования в качестве уплотнения под давлением, оно часто имеет конструкцию, совершенно отличную от верхнего компрессионного кольца.Стивенсон говорит: «Многие верхние кольца имеют скосы внутреннего диаметра, которые заставляют их скручиваться противоположно силам, действующим на них, чтобы помочь удерживать их ровно в канавке для лучшего уплотнения. Вторые кольца имеют противоположный скос, поэтому они на самом деле скручиваются не в ту сторону, чтобы улучшить герметичность ».

Поскольку кольца продолжают уменьшаться в размерах для уменьшения трения, материалы и производство становятся все более критичными. Углеродистая сталь является предпочтительным материалом для большинства применений , особенно для более поздних моделей, и предлагает прочность и долговечность, намного превосходящие предыдущие, более толстые кольца.

Итак, установив, что второе кольцо определенно не предназначено для обеспечения уплотнения сжатия или сгорания, как насчет второй основной цели пакета колец — отвода тепла от поршня к стенкам цилиндра, где им можно управлять? системой охлаждения? Может показаться, что относительно небольшое количество контактов, которые создают кольца между поршнем и отверстием, не может быть значительным путем для теплопроводности, но оказывается, что это основной источник.Пер Стивенсон: «Здесь много переменных, но кольца передают около 70 процентов тепла сгорания от поршня в систему охлаждения».

Остальные 30 процентов уходят по другим каналам, таким как радиационное и конвекционное охлаждение нижней стороны поршня в воздух внутри картера, кондуктивное охлаждение за счет контакта между юбкой поршня и расточкой цилиндра, а также тепло, отводимое через брызги масла от коленчатого вала. парусность. Некоторые двигатели даже используют масляные распылители в нижней части отверстия каждого цилиндра, которые направляют брызги смазки на нижнюю часть поршней специально для охлаждения.

Более тонкие поршневые кольца могут быть повреждены во время установки с гораздо большей вероятностью, чем более старые кольца. Использование компрессора с коническим кольцом следует рассматривать как абсолютную необходимость при создании двигателя последней модели.

Несмотря на другие источники теплопередачи, кольцевой пакет принимает на себя большую часть нагрузки, когда дело доходит до поддержания допустимой рабочей температуры поршня. Из ранее упомянутых 70 процентов общего тепла поршня: «Верхнее кольцо передает 45 процентов, второе кольцо — 20 процентов, а масляное кольцо — 5 процентов», — говорит Стивенсон.Хотя второе кольцо определенно играет свою роль в этой важной задаче, оно все же не является основной причиной присутствия кольца.

Как оказалось, второе кольцо имеет гораздо большее отношение к контролю смазки, чем «масляное кольцо» под ним. «Второе кольцо — это то, что очищает масло», — объясняет Стивенсон. «Масляное кольцо — это то, что собирает его и откачивает от стенок цилиндра через отверстия для возврата масла в канавке масляного кольца». Основная функция второго кольца заключается в непрерывном удалении излишков масла из отверстия — при вращении кривошипа масло, выходящее из находящихся под давлением подшипников на больших концах штока, постоянно выбрасывается за поршнем, покрывая стенки отверстия.

По мере того, как поршень движется вниз по каналу цилиндра, второе кольцо «соскребает масло со стенок цилиндра, обеспечивая смазку и предотвращая попадание масла в зону сгорания двигателя.

При ходе вниз второе кольцо и масляное кольцо работают совместно, очищая все, кроме небольшого количества масла, и возвращая его по отверстию в поддон. Стивенсон говорит: «Верхние кольца всегда будут получать скрытую смазку за счет масла, застрявшего в поперечном люке стенок цилиндра». Это та микроскопическая текстура на отверстии, которая удерживает достаточно масла, чтобы свести к минимуму трение между пакетом колец и стенкой цилиндра, в то время как второе кольцо предотвращает попадание слишком большого количества масла через верхнее кольцо в камеру сгорания.

Теперь, когда мы понимаем назначение каждого кольца в упаковке, мы можем понять, почему для верхнего и второго колец часто используются разные материалы и сечения колец. «Требования и предполагаемая функция верхнего и второго колец, безусловно, различаются, поэтому часто используются разные материалы», — продолжает Стивенсон. «В целом лучший материал верхнего кольца — сталь. Конечно, некоторые стали лучше других, но по мере того, как кольца становятся меньше и удельная производительность увеличивается, требования к верхнему кольцу (которое подвергается наибольшим злоупотреблениям) становятся самыми высокими.”

Переместите канавку на поршне вниз, и при выполнении другой работы требования к используемому материалу будут ниже. Пер Стивенсон: «Многие вторые кольца гоночных двигателей по-прежнему изготавливаются из чугуна или высокопрочного чугуна. Второе кольцо не находится под достаточным напряжением и температурой, чтобы требовать стали ». Форма кольцевого профиля также оказывает существенное влияние на то, насколько эффективно оно удаляет масло, а также на то, сколько трения оно создает, причем внутренний и внешний диаметры играют роль.«Фаски находятся на внутреннем диаметре кольца и определяют направление вращения кольца, чтобы облегчить соскабливание», — говорит Стивенсон. Если смотреть в поперечном сечении, то скошенное кольцо имеет один край внутреннего диаметра, вырезанный под углом — как указывает Стивенсон, это побуждает кольцо динамически скручиваться в канавке, когда оно движется вниз по отверстию, и фокусирует дополнительное давление на внешнем углу. для более эффективного удаления излишков масла.

Газовые порты — еще один способ, с помощью которого конструкторы поршней могут управлять работой колец.Позволяя давлению сгорания достигать задней стороны верхнего кольца, они увеличивают мощность кольцевого уплотнения, уменьшая трение на других трех тактах.

«Конус, Нэпье и ступеньки — все это вариации формы внешнего диаметра», — продолжает он. Цель всех этих профилей состоит в том, чтобы сконцентрировать контакт в узкой полосе для повышения эффективности соскабливания. Как следует из названия, сужающийся внешний профиль вверху уже, чем внизу, в то время как ступенчатый кольцевой профиль имеет то, что выглядит как выемка в поперечном сечении, ориентированная по направлению движения при ходе вниз.Кольцо Napier, названное в честь известной британской инженерной фирмы D. Napier & Son, которая первоначально разработала профиль, на самом деле имеет поднутрение под углом или даже имеет форму крючка по внешнему диаметру, что еще больше уменьшает площадь контакта и обеспечивает пространство для очищенного масла. выход из отверстия цилиндра. «В общем, самый эффективный скребок — Napier, за ним следует ступенчатый, а затем конусный. Запустите Napier, если он подходит для вашего диаметра отверстия и подходит для канавки в поршнях », — заключает Стивенсон.

Какой тип комбинации вы используете, также повлияет на оптимальный выбор для вашего пакета колец, включая второе кольцо. Стивенсон советует: «Более тонкие вторые кольца более распространены в двигателях с сухим картером, вытягивающих большие объемы вакуумного поддона». Поскольку вакуум в картере помогает кольцевому уплотнению по всем направлениям, можно добиться желаемых результатов, не работая так же сильно со вторым кольцом. «Естественный аспиратор без использования вакуума обычно должен быть 1,5 мм или больше, в то время как принудительная индукция должна давать более крупные кольца размером 1/16 дюйма», — добавляет он.

Установка правильного зазора между кольцами имеет первостепенное значение для достижения желаемых рабочих характеристик двигателя. . При любых эксплуатационных характеристиках зазор 2-го кольца должен быть больше, чем зазор верхнего кольца, чтобы обеспечить выход прорыва и предотвратить колебание кольца от нарушения уплотнения верхнего кольца.

«Конечно, все зависит от диаметра отверстия; это почти можно представить как отношение размера кольца к размеру отверстия », — предупреждает Стивенсон. «Большой четырехцилиндровый двигатель с наддувом отлично контролирует масло с 1-м цилиндром.Кольцо диаметром 2 мм, тогда как для большого блока диаметром 4,600 дюйма лучше использовать кольцо диаметром 1/16 дюйма. Когда дело доходит до контроля масла, эффективность картера также зависит от существенных факторов. Современные двигатели с блоками с глубокими юбками, сегментированными масляными поддонами, ветровыми поддонами и очисткой / очисткой кривошипа — все это влияет на то, сколько масла подбрасывается в цилиндры. Чем больше масла присутствует, тем тяжелее работа второго кольца ».

Как видите, проектирование и проектирование второго кольца — сложная тема, но, к счастью, эксперты Wiseco обладают коллективным опытом во всех формах сборки высокопроизводительных двигателей, чтобы дать вам надежный совет для ваших конкретных потребностей.Хотя мы не можем охватить все в одной технической статье, мы надеемся, что то, что вы узнали здесь, поможет вам лучше понять «почему», стоящую за спецификациями кольцевого пакета, и в полной мере воспользоваться знаниями, полученными от сотрудников Wiseco, когда составляя свою собственную комбинацию.

Компрессионные и маслосъемные кольца 10D100 дизельного двигателя до …

Контекст 1

… поршневая группа цилиндров (ЦПГ) является решающим компонентом двигателя внутреннего сгорания, повышение срока их службы и эффективности является все еще актуально.Проблема часто решается применением хромового гальванического покрытия компонентов ЦПГ [1]. В силу определенных конструктивных особенностей маслосъемных колец гальваническое хромирование их рабочих кромок представляет собой сложную проблему. Более того, гальваническое хромирование имеет определенные недостатки, такие как сложное полирование, низкая термостойкость, плохая адгезия масла к его поверхности, высокое внутреннее напряжение, которое приводит к растрескиванию и скалыванию, а также большое количество водных отходов, содержащих высокотоксичный Cr (VI) в ход хромового гальванического покрытия [2,3,4,5].Дальнейшее улучшение может быть достигнуто путем нанесения многослойного покрытия, сочетающего полезные свойства углерода и металла, например, усовершенствованные покрытия из карбида хрома (CCC) на компонентах CPG [6,7,8]. Такая оптимизация структуры покрытия может повысить стойкость к истиранию, снизить трение и улучшить качество коррозии [9,10,11,12]. Проведенные авторами исследования позволяют выявить, что нанесение CCC на поршневые кольца с использованием более технологически приемлемого метода химического осаждения из паровой фазы (CVD) может значительно снизить энергозатратность процесса.В нашем случае процедура CVD адаптирована для получения хромового покрытия из газовой фазы. В данной статье описаны результаты обширного исследования техники нанесения покрытия CVD и обнаруженные свойства многослойного CCC на компонентах CPG. Способ получения хромового покрытия из газовой фазы основан на термическом (пиролитическом) разложении соответствующего хромоорганического соединения (ОКМ), такого как хромоорганическая жидкость БАРХОС (см. ТУ 6-01-1149-78).Техническая спецификация — официальный документ, определяющий технические характеристики данного коммерческого продукта. Рассмотрена возможность использования пиролитического CCC (PCCC) для повышения износостойкости поршневой группы (в первую очередь маслосъемника и компрессионных колец) при трении. Для достижения этой цели была спроектирована специальная пилотная установка для покрытия колец хромом, были выбраны и оптимизированы условия нанесения PCCC-покрытия компонентов CPG, а также изготовлены и испытаны опытные партии компонентов CPG с применением специальных процедур [13].Процесс осуществляется в герметичной системе, продукты термического разложения BARCHOS собираются и затем используются для приготовления новой порции ОМС, что исключает образование опасных отходов. Для экспериментов были выбраны поршневые кольца скребкового типа диаметром 121 мм, используемые в дизельном двигателе Raba-Man автобуса Ikarus, а также компрессионные и маслосъемные кольца диаметром 215 мм, используемые в дизельном двигателе 10D100. В ходе исследований определены оптимальные параметры, обеспечивающие формирование на кольцах равномерного глянцевого покрытия.Перед нанесением покрытия образцы обезжиривали в ультразвуковой ванне, промывали и сушили. Условия проведения экспериментов: температура подложки в зоне нагрева 440 ± 5 ° C, предельная температура подложки в зоне напыления 400 ± 5 ° C, рабочее давление 15 ± 5 Па, время напыления 20 — 30 мин. Используя указанные выше параметры эксперимента, были приготовлены образцы с толщиной ПКСС 10-20 мкм. Средняя скорость роста покрытия не превышала 0,50-0,65 мкм / мин. Поверхность была гладкой.Покрытия имели непрозрачный зеркальный вид с отдельными светлыми золотистыми участками на лицевой поверхности колец. Фотографии покрытых колец представлены на рис. 1. Химический состав и микроструктура покрытий исследованы методами электронно-оптической микроскопии и электронно-зондового микроанализа. Покрытия, полученные в выбранных условиях, были мелкокристаллическими, а их металлографические срезы (без травления) имели горизонтально-слоистую структуру, параллельную подложке.Типичная микроструктура и морфология поверхности покрытий PCCC показаны на рис. 2. Визуально наблюдаются два типа слоев: белый и серый / темный (рис. 2). Светлые слои имеют максимальную толщину, а темные намного тоньше. Послойный анализ показал, что содержание хрома составляло 95-96% и 92-94% в белом и темном слоях соответственно. Содержание углерода в одних и тех же слоях колебалось от 5 до 6-8%. ПКСС представляют собой дисперсно-кристаллические композиции, содержащие частицы карбида хрома размером 10 — 80 нм и металлического хрома, которые стабилизированы углеродистыми примесями.Результаты испытаний на травление показали, что подготовленные ПКСС (толщиной более 10 мкм) непористые. Микротвердость ПКСС на чугунных подложках составила 16,5 ± 2 ГПа; Сравнение ПКСС с другими типами покрытий показано в таблице 1. Как видно, твердость ПКСС почти самая высокая в серии проанализированных покрытий. Сопоставимая или более высокая микротвердость имеет только нитрид хрома и магнетронное покрытие C-Cr. Но процесс нанесения этого покрытия сложен и дорог для массового производства, поэтому покрытие из нитрида хрома и магнетрона C-Cr в настоящее время используется исключительно для мелкосерийного производства двигателей для соревнований и некоторых серийных двигателей [5, 10, 11, 12].Усредненные результаты трибометрии показали, что при одинаковых условиях износ образцов с ПКСС в 3,5 — 4,0 раза меньше, чем с гальваническим хромовым покрытием. При этом износостойкость блока, соединенного с роликом с покрытием PCCC, увеличивается в 8-10 раз по сравнению с роликом с гальваническим хромом. Аналогичные результаты были получены ранее для подшипниковых поверхностей. Интенсивность износа пар сталей с покрытием PCCC была в 5-10 раз меньше, чем у гальванических хромовых покрытий [15].Испытания, моделирующие режим работы, механизм изнашивания и характер взаимодействия трущихся частей двигателей автомобилей, проводились на машине трения возвратно-поступательного движения МТВ-0 с использованием в качестве смазки дизельного топлива М14В2. Образцы для испытаний были изготовлены из материалов для гильз цилиндров, поршней и поршневых колец модели 10D100. Также использовались стандартные поршневые кольца из чугуна (поверхность класса чистоты Ra = 1,5 — 1,25 мкм). Кольца с покрытием PCCC испытывались в паре с гильзами цилиндров (поверхность класса чистоты 0.5 — 0,75 мкм). Механические и эксплуатационные свойства маслосъемных колец после упрочнения их поверхности карбидом хрома были испытаны в сравнении со стандартными маслосъемными кольцами с фосфатным и гальваническим хромовым покрытием. Установлено, что ПКСС повышают износостойкость поршневых колец маслосъемного скребка по сравнению с кольцами, покрытыми гальваническим хромом в 3 раза. Коэффициент трения скольжения ПКСС в паре с чугуном (подготовка — шлифование) составлял 0,04 — 0,06. , что значительно меньше, чем у пары чугун-чугун (коэффициент трения скольжения 0.095) и чугун-чугун с гальваническим хромовым покрытием (коэффициент трения скольжения ∼ 0,07) [16]. Таким образом, как видно из результатов экспериментов, ПКСС показали более высокую (в несколько раз) износостойкость, чем обычные гальванические покрытия из хрома в условиях, близких к условиям эксплуатации поршневых колец. Натурные испытания двигателей автобусов Икарус показали, что при использовании колец с покрытием PCCC расход смазочного масла снижается почти в 3 раза, несмотря на их меньшую толщину (20 мкм и 100 мкм для покрытий PCCC и гальванического хрома соответственно) Высокая Триботехнические свойства покрытий, вероятно, обусловлены их слоистой структурой (рис.2). Эта структурная особенность сферической морфологии поверхности обеспечивает достаточную масляную адгезию при относительно небольшой высоте сферических выступов на поверхности покрытия. Данная слоистая структура покрытия характеризуется чередованием слоев хрома и карбида хрома с высокоуглеродистой прослойкой. Предполагается, что после износа одного слоя ПКСС (покрытие толщиной 20 мкм состоит из 10-15 таких слоев) поверхность насыщается углеродом, находящимся в прослойке, что дает смазывающий эффект.Верхний слой покрытия при выглаживании интенсивно изнашивается, обеспечивая раскрытие графитового слоя, что предотвращает расширение процесса заклинивания. Способность ПКСС предотвращать заклинивание и схватывание, а также устойчивость к тепловому удару могут быть успешно использованы при строительстве гидромеханических трансмиссий [17]. ПКСС по ряду эксплуатационных свойств не уступает магнетрону …

Часть 5 — Кольца поршневые

5.1 Введение

Поршневые кольца — уплотнения между камерой сгорания и картером двигателя.Если они выйдут из строя — по какой-либо причине — может произойти серьезное повреждение всего двигателя.

В этой главе мы дадим ответы на следующие вопросы:

• Почему поршневые кольца так важны для правильной работы двигателя?
• Как устроены поршневые кольца?
• Как определить, что поршневое кольцо не работает должным образом?

5.2 Функции поршневых колец

Поршневое кольцо — не что иное, как литое уплотнение из сплава на основе железа.

Однако, чтобы обеспечить все требуемые свойства / характеристики поршневого кольца, необходимо добавить некоторые легирующие элементы в жидкий чугун перед процессом литья. Характеристики поршневого кольца, а точнее основные задачи поршневого кольца:

• для уплотнения камеры сгорания относительно картера
• для передачи теплопередачи от поршня к гильзе цилиндра
• для контроля расхода смазочного масла двигателя

Коэффициент теплового расширения кольца должен быть аналогичен гильзе цилиндра, чтобы получить постоянный зазор между гильзой и кольцом.

Обычно существует два типа поршневых колец:

• Компрессионные кольца обеспечивают газовое уплотнение ; для уплотнения камеры сгорания высокого давления
  относительно картера.
• Маслосъемные кольца контролируют подачу смазочного масла в гильзу цилиндра

Если вас интересует более подробная информация о существующих конструкциях поршневых колец, ознакомьтесь с немецким стандартом DIN 24909.

Рисунок 5.2 Изображение грушевидной кривой 5.3 Яблочно-кривая

Чтобы компенсировать уменьшающееся радиальное натяжение в течение его срока службы (вызванное экстремальными тепловыми условиями во время работы двигателя), в процессе производства в поршневое кольцо вводится неравномерное радиальное натяжение.

Звучит сложно? Но это не так.

Новые поршневые кольца имеют положительную овальность, что приводит к неравномерному распределению радиального давления после сборки; как показано на рисунке 5.2 слева.

Для 4-тактных двигателей пик напряжения всегда находится в прорези поршневого кольца и формирует этот типичный график, который хорошо известен как «грушевый график» поршневого кольца. Это типичное распределение радиального натяжения также отвечает за снижение «склонности к флаттеру» поршневого кольца во время работы двигателя.

В завершение этой темы вы найдете типичное распределение напряжений поршневого кольца для 2-тактных двигателей на рисунке 5.3. налево. Поскольку этот график распределения натяжения очень похож на яблоко, эта диаграмма также хорошо известна как «яблочный график» 2-тактного поршневого кольца.

5.2.1 Компрессионные кольца

Компрессионные кольца — единственное уплотнение между камерой сгорания с давлением до 250 бар и картером с давлением, близким к окружающему. Помимо своей основной задачи — уплотнения относительно картера — компрессионное кольцо (а) дополнительно влияет на масляную пленку на стенке цилиндра.

Во избежание перегрева днища поршня компрессионное кольцо (кольца) также отвечает за бесперебойную теплопередачу от днища поршня к гильзе цилиндра, чтобы избежать перегрева днища поршня.Первое (компрессионное) кольцо, конечно, получает наибольшую тепловую нагрузку от сжатия воздуха для горения и процесса горения.

1-е компрессионное кольцо всегда является «жертвой» наибольшего износа из-за:

• более тонкая масляная пленка в верхней части гильзы цилиндра
• высокие температуры сгорания
• агрессивные соединения топлива (сера и углеродные отложения)

Чтобы предотвратить чрезмерный износ, сегодня стандартным исполнением являются компрессионные кольца с хромовым или хром-керамическим слоем.

Вместо обычных частиц оксида алюминия в хром-керамическом слое можно также использовать мелкие алмазы. Таким образом, износостойкость значительно увеличивается. В стадии разработки находятся кольца со «структурированным хромовым покрытием», накапливающее небольшое количество масла в слое, чтобы улучшить характеристики скольжения поршня в гильзе и снизить расход смазочного масла.

Прямоугольные кольца
обычно используются в качестве компрессионных колец в кольцевой канавке 1 ^st с различной формой рабочей поверхности.Эта поверхность может быть симметричной или асимметричной с бочкообразной конструкцией, которая создает смазочную щель. Таким образом, поршневое кольцо не касается поверхности гильзы.

Кольца с конической гранью
быстро адаптируются к форме гильзы из-за небольшой контактной поверхности. «Время приработки» этих колец намного меньше; того же эффекта можно достичь, используя асимметричный дизайн, как описано выше.

Кольца для ключей
используются, если может произойти растрескивание остатков топлива и / или смазочного масла.Из-за того, что эти кольца постоянно вращаются, остатки были удалены из кольцевой канавки. Кольцо для ключей упруго повторяет стенку цилиндра, поэтому герметичность между поршнем и гильзой очень хорошая. Убедитесь, что ваше топливо (мы предполагаем, что это HFO) остается на уровне

5.2.2 Маслосъемные кольца

Поршневое кольцо расположено в самой нижней кольцевой канавке. Подпружиненный, он контролирует толщину масляной пленки на стенке гильзы цилиндра.

• При слишком высоком контактном давлении образуется слишком тонкая пленка, и как маслосъемное кольцо, так и гильза цилиндра изнашиваются раньше.
• Слишком низкое контактное давление создает слишком толстую пленку и сгорает больше смазочного масла; таким образом, увеличивается расход смазочного масла и образуются нагар.

Существуют различные конструкции поршневых колец (цельные кольца с прорезями разной формы, двухкомпонентные винтовые пружинные кольца и трехкомпонентные кольца). В современных 4-тактных дизельных двигателях используются двухсекционные винтовые пружинные кольца.

5.3 Как определить повреждения поршневых колец

5.3.1 Высокое давление в картере из-за продувки выхлопных газов

5.3.1-1 Выдувание отметок на 1 ^ст. компрессионное кольцо

5.3.1-2 Маркировка на кольцевой упаковке

5.3.1-3 Результат испытания на проникновение красителя в поршневое кольцо

В случае неисправности поршневого кольца (по какой-либо окончательной причине) уплотнение между поршнем и гильзой становится недостаточным.В результате горячие выхлопные газы проходят через камеру сгорания вниз в картер.

Если затем — последовательно — давление внутри картера превышает 20 мбар, необходимо выяснить, какой цилиндр потерял герметичность. Это можно сделать, измерив давление сжатия в каждом цилиндре.

Необходимо немедленно отремонтировать герметичность, так как горячие выхлопные газы могут вызвать взрыв внутри картера.

Давление в картере (см. Также часть 3 нашей серии статей) следует измерять и записывать не реже одного раза в 3 месяца.

Причины высокого давления в картере, среди возможных других:

• Заклинило поршневое кольцо
• Поршневое кольцо сломано
• Изношенная гильза цилиндра
• Поршневое кольцо изношено
• Изношенная канавка поршневого кольца
• Прорези колец частично
  или полностью в том же положении

5.3.2 Высокий расход смазочного масла

Если что-то не так с поршневыми кольцами, увеличивается расход смазочного масла в двигателе из-за слишком толстой масляной пленки на поверхности гильзы, которая горит в процессе сгорания.

5.3.3 Вода в топливе

5.3.3-1 Поршневое кольцо разрушено серной кислотой

Как мы уже описывали в Части 4–§ 4.3.3 нашей серии статей, содержание воды в топливе может быть слишком высоким; из-за неисправности или неправильного обслуживания сепараторов. В этом случае образуется серная кислота, которая разрушает сначала покрытие, а затем и основной материал кольца.

В результате срок службы поршневого кольца будет значительно сокращен из-за отсутствия защиты поршневого кольца от износа.

5.4 Профилактическое обслуживание поршневых колец

5.4.1 Предотвращение образования углеродных остатков

Как уже упоминалось выше, контактное давление — или, точнее, радиальное натяжение — между поршневыми кольцами и гильзой цилиндра должно быть по возможности одинаковым во всем цилиндре.

Для выполнения этого требования поршневые кольца должны иметь возможность постоянно и непрерывно перемещаться в кольцевых канавках.

5.4.1-1 Начало отложения нагара на пакете поршневых колец

5.4.1-2 Заедание колец из-за сильного нагара

Засорение канавки под кольцо из-за сильного нагара

Пояснение: Углерод = смесь несгоревших углеводородов, остатков сгоревшего смазочного масла и золы. Причина образования углерода, соответственно углеродных отложений, была описана уже в Части 4 — §4.3.1 нашей серии статей.

Если количество нагара слишком велико, он постепенно забивает кольцевые канавки.Из-за передаваемого тепла от днища поршня образуется твердый, как камень, состав, и поршневое кольцо застревает в его канавке.
Теперь поршневое кольцо больше не может двигаться / вращаться, будет перегружено в определенных областях … и, вероятно, в конце концов сломается.

Предотвращение образования нагара, вызванного недостаточной обработкой смазочного масла

У смазочного масла в силовой установке или судовом дизельном двигателе есть пара определенных «врагов» — ниже других:

• Углерод от процесса сгорания и остатки сгоревшего смазочного масла
• Вода из всасываемого воздуха
• Вода, образующаяся в процессе горения
• Серная кислота, образованная из серной кислоты

Они переходят в смазочное масло на поверхности гильзы цилиндра.Если их концентрация слишком высока, это повлияет на масляную пленку на гильзе, и частицы будут скапливаться в канавках поршневых колец. Эти отложения будут препятствовать перемещению поршневых колец в кольцевых канавках, и в конце дня кольца застрянут в кольцевых канавках …. Игра окончена!

Правильная обработка смазочного масла для предотвращения прилипания поршневых колец

• Непрерывная работа сепараторов смазочного масла,
  , даже если двигатель не работает в течение короткого времени
• Температура разделения 95 ° C
• Автоматический фильтр смазочного масла в работе с исправными свечами
• Регулярный анализ смазочного масла

5.4.2 Изношенные канавки поршневых колец

5.4.2-1 Отложения нагара на верхней стороне кольца из-за износа кольцевой канавки

При каждой проверке двигателя, когда также снимаются поршни, необходимо тщательно измерять высоту канавок для поршневых колец по всей окружности. Если пределы износа уже достигнуты, головки поршней необходимо заменить.

Причиной чрезмерного износа канавок являются абразивные частицы топлива, которые концентрируются в смазочном масле; топливо должно быть проанализировано на предмет содержания каталитической мелочи, золы, углеродных остатков и металлических элементов.

5.4.3 Правильная установка поршневых колец

5.4.2-2 Инструмент для зажима поршневых колец / расширителя поршневых колец

Ниже 3 маленьких совета от Стефана и Хайнца о том, как обращаться с поршневыми кольцами:

• Запасные кольца должны храниться на ровной поверхности в упаковке в соответствии с поставкой
  и в сухой и чистой атмосфере.
• всегда используйте подходящий зажимной инструмент для демонтажа и монтажа колец
• убедитесь, что пазы для колец не находятся друг над другом при сборке
  в днище поршня

6.Резюме

Поршневые кольца — это мелочи, за которые приходится нести большую ответственность. Таким образом, убедитесь, что они всегда в хорошем состоянии, потому что заклинившие или сломанные кольца могут привести как минимум к высокому расходу смазочного масла, а также к заклиниванию поршней и другим бедствиям.

---

Остановите дым: лекарства от сжигания масла

Мы часто слышим о голубоватом дыме из выхлопной трубы как об индикаторе горящего масла. Вы можете увидеть это при запуске или при ускорении — или чаще, в зависимости от серьезности проблемы.

Горящее масло, вообще говоря, описывает масло, которое попадает в камеры сгорания вашего двигателя и сжигается вместе с топливно-воздушной смесью. Чаще всего это ассоциируется с автомобилями с большим пробегом, а также с теми, кто страдает от небрежного технического обслуживания. Ожог масла в значительной степени можно предотвратить, и если в вашем автомобиле горит масло, вы сможете легко решить проблему до того, как потребуется более дорогостоящий ремонт.

Технический директор

Sea Foam Джим Дэвис расскажет об основных причинах ожогов маслом, о том, как их предотвратить и что вы можете сделать для решения проблем, если они уже есть.

Застрявшие или забитые кольца

Автомобильные поршни обычно имеют три кольца, которые свободно располагаются в небольших канавках, называемых площадками, на внешнем диаметре поршня.

Два верхних кольца представляют собой компрессионные кольца, которые, как следует из их названия, поддерживают сжатие за счет уплотняющих газов в камере сгорания, при этом верхнее кольцо выполняет большую часть работы. Второе кольцо обеспечивает меньший контроль компрессии, а также помогает с регулированием масла.

Нижнее кольцо представляет собой масляное регулировочное кольцо, которое соскабливает большую часть масла со стенок цилиндра.Маслосъемное кольцо состоит из трех частей — верхнего и нижнего скребковых колец и расширительного кольца с отверстиями, которое перераспределяет масло обратно в картер через крошечные отверстия в юбке поршня.

На фото — чистый поршень от двигателя Шеви 5,3 л. Обратите внимание на то, чтобы поршневые кольца и привод были чистыми и не имели следов лака или нагара.

Со временем накопление сильного лака и нагаренных отложений может вызвать проблемы для любого из этих колец.

«Все кольца натянуты и хотят вытолкнуться наружу», — говорит Джим.«Но если они застрянут в кольцевых площадках, они больше не смогут расширяться и поддерживать давление вокруг цилиндра».

Заедание компрессионных колец может привести к плохому сжатию, пропускам зажигания, загрязнению масла и повышению давления в картере, которое может вызвать попадание масла в камеры сгорания. Этот «прорыв» может также произойти, если маслосъемное кольцо забито липким лаком и не может эффективно управлять маслом. Синий дым при ускорении — хороший признак проблемы с ограниченным кольцом. Помимо дыма, еще одним сильным признаком неисправности колец является более высокий, чем обычно, расход масла без каких-либо признаков внешней утечки.

Накопление более тяжелого лака и углеродистых отложений, вызывающих прилипание колец, можно предотвратить, обработав моторное масло средством Sea Foam HIGH MILEAGE Motor Treatment за 100–300 миль перед каждой заменой масла и фильтра. Специально разработанная для легковых и грузовых автомобилей с пробегом более 75 000 миль, HIGH MILEAGE надежно предотвратит образование отложений лака или разжижение существующих отложений. Это означает, что кольца не будут ограничены, а другие важные компоненты двигателя, такие как приводы, останутся чистыми и свободными.

Проблемы PCV

Клапан принудительной вентиляции картера (PCV) вашего двигателя также может быть причиной сжигания масла.

Клапан (хотя и отсутствует в некоторых новых автомобилях) направляет небольшое количество воздуха и топлива, которые выходят в картер, обратно через впуск и в цилиндры. Забитый клапан может вызвать повышение давления в картере, что снова вызовет прорыв масла. Проблемы, связанные с заклиниванием колец (например, загрязнение масла газами сгорания), могут привести к проблемам с PCV.

В некоторых случаях клапан PCV можно заменить, но лучше понять причины загрязнения и в первую очередь предотвратить его. Использование высокопробега двигателя в картере — верный способ предотвратить вредные ограничения, которые могут привести к проблемам с PCV.

Изношенные уплотнения клапана и направляющие

Голубоватый дым при запуске — верный признак износа уплотнений или направляющих клапанов, — говорит Джим.

«Допустим, вы припарковали машину, заводите ее на следующее утро, а из трубы идет дым.Это всегда — и я имею в виду всегда — клапанные уплотнения или направляющие клапана », — говорит он. «Либо направляющая изношена, либо печать повреждена».

Если уплотнение или направляющая неисправны, масло, оставшееся на штоке клапана, стечет вниз и осядет на головке клапана, или оно будет капать в цилиндр. Затем, когда вы заводите машину, это масло загорается, вызывая клуб дыма, который затем утихает.

Если проблема заключается в уплотнениях, их необходимо заменить. Если направляющие неисправны, вам потребуется ремонт клапана, который включает в себя ремонт и / или замену направляющих клапана и связанных с ними компонентов по мере необходимости.

Очистить сверху

В дополнение к использованию БОЛЬШОГО ПРОБЕГА вы можете пропустить Sea Foam Spray через впускное отверстие двигателя или распылить его прямо в полости цилиндра, чтобы поршни пропитались, очищая кольца с верхнего конца. Он также очистит впускные клапаны, что особенно важно для бензиновых двигателей с прямым впрыском.

Вкратце, говорит Джим, предпримите простые шаги, чтобы содержать ключевые компоненты двигателя в чистоте и надлежащим образом обслуживать, и вы не только избежите сжигания масла, но также продлите срок службы вашего автомобиля и сохраните его в дороге на долгие годы.

.