Тепловой зазор поршневых колец

Принцип действия ДВС достаточно прост – сгорание топлива в нужное время в нужном цилиндре обеспечивает высвобождение энергии и ее преобразование в механическую. Но вот для его реализации требуются материалы с заданными свойствами, сложное оборудование, позволяющее получать детали требуемой формы и с заданными размерами и допусками, учет изменений характеристик узлов при различных режимах работы мотора. Одним из факторов, обеспечивающих функционирование ДВС, является необходимость выдерживать тепловой зазор поршневых колец.

Зачем нужен зазор в замке поршневых колец?

Первоначально давайте определимся, о чем идет речь. Внешний вид поршневого кольца показан на фото ниже:

Конструктивно у ДВС внутри цилиндра перемещается поршень. Именно он воспринимает избыточное давление, возникающее при сгорании топлива, и передает его на коленвал. В этом обманчиво простом описании заложены, как минимум, несколько особенностей:

1. между стенкой цилиндра и движущимся поршнем надо выдержать зазор, позволяющий полностью использовать величину возникающего избыточного давления в камере сгорания;
2. при этом необходимо обеспечить их минимальный контакт для снижения износа деталей;
3. масло, используемое для смазки, должно создавать нормальные условия работы отдельных деталей, и в то же время надо исключить его попадание в камеру сгорания;
4. необходимо обеспечить отвод тепла от поршня на стенки блока цилиндров.

Вот все эти задачи и решают поршневые кольца. Условия, в которых им приходится работать, очень сложные – значительный нагрев и механические нагрузки. Для компенсации воздействия температуры и предусматривается зазор поршневых колец.

Как работают и зачем нужны тепловые зазоры поршневых колец

Существует два типа колец – уплотнительные (компрессионные) и маслосъемные, оба показаны на приведенном рисунке

Само название говорит об их назначении:

• уплотнительные служат для обеспечения герметичности камеры сгорания, предупреждая проникновение из нее продуктов сгорания в картер двигателя;
• маслосъемные предназначены для удаления излишней смазки со стен цилиндра.

На старых, малооборотистых двигателях их стояло по пять-шесть штук (в зависимости от марки мотора), но на современных ДВС обычно используется три кольца – одно маслосъемное и два компрессионных.

Несмотря на различие в конструкции и назначении, у них есть одно общее – замок. Фактически так называется имеющийся промежуток между концами незамкнутой окружности. Говоря о замке, стоит помнить, что одно из его назначений – компенсировать тепловые расширения, возникающие в кольцах во время их работы.

Большинство материалов при нагревании удлиняется. При монолитной конструкции кольца, установленного в цилиндр двигателя, будут возникать напряжения, вызывающие его деформацию. Избежать этого позволяет свободное пространство между концами на кольцах.

Каким может быть допустимый зазор? При установке на поршень его величина в замке должна составлять от 0,6 до 0,3 мм.

Кроме того, надо знать, что требуется выдерживать допустимый боковой зазор между кольцом и стенкой. Необходимо обеспечить его значение в диапазоне от 0,08 до 0,04 мм.

Зачем это нужно? Для понимания того, как работает уплотнительное кольцо, приведен рисунок ниже.

Под воздействием давления отработанные газы, проходя в канавке между поршнем и кольцом, воздействуют с его внутренней стороны и увеличивают усилие прижима к цилиндру.

Именно для подобной цели нужен зазор, в том числе тепловой, разделяющий боковые поверхности этих элементов.

Таким образом, обеспечив в замке допустимый зазор при установке колец (между их концами, а также боковой поверхностью и поршнем), будут созданы условия для нормальной работы мотора в значительном интервале температур. Кроме того, этому способствует и правильная взаимная их установка, показанная на рисунке ниже. Главное – обеспечивается разнесенное положение замков между собой.

Маслосъемные кольца ставятся ниже компрессионных. Их назначение – удалять со стенки цилиндра излишки масла. Его недостаток приведет к повышенному износу деталей, а избыток – к попаданию в камеру сгорания и образованию там нагара. Как работает такое кольцо, показано ниже.

Излишки масла снимаются со стенок цилиндра и отводятся в картер двигателя.
Таким образом, поршневые кольца создают оптимальные условия для сгорания топлива в ДВС, что во многом обеспечивается их конструкцией. Кроме того, во время установки в замке создается допустимый зазор, что сохраняет их работоспособность при значительном изменении условий работы ДВС.

Какой тепловой зазор у поршневых колец

Поршень перемещается внутри цилиндра, воспринимая давление воспламенения смеси в камере сгорания. Для этого выдерживается интервал между поршнем и зеркалом гильзы. Этого требует снижение трения, уменьшение износа деталей поршневой группы. При этом моторное масло призвано минимизировать выработку трущихся сочленений, исключая просачивание смазки под поршень. Важной функцией остаётся отвод тепла на стенки цилиндра.

Содержание

• 1 Функции поршневых колец
  • 1.1 О тепловом зазоре
• 2 Требования к тепловому зазору
  • 2.1 Параметры
  • 2.2 Памятка
• 3 Выводы

Функции поршневых колец

Поршневые кольца предназначены выполнять функции:

1. Герметизация поршневого пространства, с сохранением давления верхними компрессионными кольцами.
2. Отвод тепла от стенок гильзы.
3. Снижение расхода масла.

Проверка зазора в замках внутри цилиндров

Замок поршневого кольца — стык между двумя концами, которые способны сжиматься до сотых частей миллиметра. Концы имеют прямой или косой срез, при прямоугольном сечении профиля.

Укладывая кольца в канавки, стыки размещаются под углом 120° (если 3), а при двух кольцах — под 180°, что ограничивает просачивание газов, масла в картер, под поршень.

Маслосъёмные кольца предназначены снимать со стенок цилиндра излишки моторной смазки. Рассчитаны оставлять на зеркале тонкий слой плёнки, настолько малый, что измеряется микронами. Конструкция предусматривает радиальные, сквозные щели, через которые снимаемое со стенок масло сливается в картер.

Выпускаются из литого чугуна с прорезями или расширителями. Представляют два кольца (верхний, нижний), пару радиальных или осевых расширителей.

О тепловом зазоре

Поршневые кольца

Общим элементом колец считаются замки, поскольку целевая задача компенсировать тепловое расширение во время работы. Замки претерпевают давление газов, температурные нагрузки, другое инертное воздействие. Это напряжение берёт на себя мизерное расстояние между концами колец.

Для чего же нужен тепловой фактор?

Представим отсутствие зазора между пролётами мостов, железнодорожных рельсов или компенсаторов на магистральных трубопроводах. Солнечный нагрев, расширение, например металла рельсов, не имеющих зазора при укладке, приводит к неизбежному их изгибу со всеми вытекающими последствиями.

В случае с поршневыми кольцами, отсутствие стыкового зазора приводит к поломке и поршня.

Итак, свободное вращение колец исключает стыковые соприкосновения внутри канавки поршня. Конструкция предусматривает разрезы, упреждающие заклинивание от перегрева. Эта особенность способствует плотному касанию к зеркалу цилиндра.

Допускаемый интервал стыка не превышает 0,3-0,6 мм. При малом зазоре стыка, например 0,2 мм, нагретые детали способны оставлять задиры на цилиндре.

Кстати, предпочтение отдаётся деталям с косыми срезами концов. Прямые концы обладают большим давлением на стенки, что преждевременно выводит из строя гильзу, способствуя утечке масла.

Требования к тепловому зазору

Функциональные требования к тепловому зазору предусматривают:

• Отвод тепла от поршня в момент воспламенения смеси. В противном случае поршень выгорит под температурой камеры сгорания.
• Функция уплотнения поршневого пространства. Появляющееся давление должно равномерно прижимать кольца к стенкам цилиндра. Достижение такового прикасания требует установки правильного расстояния.
• Требования к маслосъёмным кругам, отвечающим за подачу нужного количества смазывающего материала. Соблюдение этого правила сохраняет расход масла, бензин на уровне заводских норм.

Параметры

Выставленные зазоры на кольцах

Установленный зазор должен соответствовать 0,6-0,3 мм, а боковой между стенкой не превышать 0,08-0,04 мм.

Величина исходит из того, что отработанные газы действуют на кольца с внутренней стороны канавки, прижимая их к стенке. Согласованное функционирование компрессионных, маслосъёмных колец позволяет получить полное сгорание смеси. Зависит это от укладки их в канавку поршня.

Стало быть, малая величина между концами после прогрева приведёт к задирам зеркала цилиндра.

Зазор измеряется щупом и регламентируется величиной 0,2-0,5 мм. Для двигателей модели ВАЗ на уплотнительных кольцах предусмотрена величина 0,25-0,04 мм. Маслосъёмные имеют 0,25-0,5 мм.

Первое кольцо сверху (компрессионное), как нагруженное из легированного чугуна подвергается напылению хромом. Пористое покрытие этого металла способно удерживать необходимую массу моторного масла.

Плазменное нанесение на кольца слоя молибдена способствует износостойкости, низким показателем трения с цилиндром.

Памятка

Замок на сепараторе покрашен в голубой цвет

Подбирая ремонтный размер, нужно руководствоваться обозначением продукции, включая модель двигателя, номер комплекта, размер изделия. Дополнительно проверяется маркировка, которая находится в определённом месте продукции (близко к концу). Тщательно рассматриваются расширительные пружины со шлифованной поверхностью.

Выводы

Правильно подобранные и грамотно уложенные по месту кольца гарантируют длительный срок эксплуатации.

советов и рекомендаций по напильнику поршневых колец

Опубликовано 23 января 2020 г.

Автор Грег Акоста

Кольцевой зазор позволяет поршневым кольцам расширяться в отверстии из-за нагрева двигателя без соприкосновения концов друг с другом. Если зазора недостаточно и кольцо упирается в себя, это деформирует форму кольца, вызывая утечку на стенку цилиндра. Если кольцевой зазор слишком велик, это приведет к избыточному прорыву газов через зазор, что ухудшит работу этого цилиндра.

На самом деле, получение правильного зазора кольца настолько важно, а допуски настолько точны, что торцевой зазор измеряется в соответствующем отверстии каждого кольца, чтобы обеспечить максимально точную посадку». Кольцевой зазор — это одна из немногих вещей в процессе сборки, над которыми вы можете полностью контролировать. Все остальное, что делается в механическом цехе, вы должны верить, что они правильно следовали своим процедурам. Но если вы подшиваете кольца, то все зависит только от вас, чтобы сделать их правильно», — говорит Джей Мигер из Real Street Performance.

Мигер имеет обширный опыт работы с автомобильными характеристиками, в ряде конкурентных дисциплин, как в импортных, так и в отечественных двигателях. Так что ему не привыкать к мощным силовым установкам с максимальной производительностью. Поэтому он снял это видео о процессе правильной установки зазоров в поршневых кольцах с некоторыми ключевыми советами и рекомендациями, которые помогут сделать этот процесс более плавным.

Дважды отмерь, один раз отрежь

Измерение торцевого зазора поршневого кольца — это то, что вам придется делать довольно много раз для каждого кольца, которое вы напиливаете, и это задача, требующая особой осторожности, как при установке кольца для измерения, а также фактическое измерение.

Чтобы правильно измерить зазор кольца, вам нужно вставить кольцо в отверстие. «Вы не хотите скручивать кольцо, когда загружаете его в канал ствола для измерения. Если вы будете обращаться с кольцом вручную, вы можете согнуть его, сломать или деформировать, и это не поможет», — говорит Мигер. «Обязательно смажьте отверстие, чтобы кольцо легко скользило, а затем аккуратно загрузите кольцо сверху».

Попав в отверстие, кольцо необходимо правильно сориентировать в отверстии, как для правильных измерений в правильном месте, так и для воспроизводимых измерений, поскольку кольцо придется вытягивать несколько раз. «Вы можете использовать инструмент для выпрямления поршневых колец или то, что использую я, один из поршней, которые мы будем использовать в двигателе, чтобы выровнять кольцо в отверстии», — советует Мигер.

«Мы видели, как люди предлагали использовать торсионную пластину при настройке торцевого зазора, чтобы получить более точный размер отверстия цилиндра. По моему опыту, это обычно стоит около 0,001 дюйма разницы в кольцевом зазоре. В зависимости от вашей настройки и от того, как сильно вы будете запускать двигатель, вы можете принять во внимание это 0,001, а можете и не учитывать. Я не считаю, что это слишком критично, и что процедура вполне может быть выполнена без торсионных пластин».

При принятии решения о том, каким должен быть ваш окончательный зазор, к вашим кольцам будет прилагаться руководство, которое обычно дает вам соотношение тысячных долей дюйма (торцевого зазора) на дюйм размера отверстия. «Вам почти всегда лучше иметь слишком большой размер, чем слишком маленький, потому что вы хотите избежать соприкосновения концов кольца», — делится Мигер.

«Мы провели множество тестов, и всегда лучше быть на высокой стороне спецификации кольцевого зазора. Люди, кажется, боятся больших концевых зазоров, потому что они беспокоятся о прорыве газов, но мы используем датчики давления в картере и не видим этого, когда двигатель работает на наддуве».

Вы также заметите, что спецификация зазора для второго кольца отличается от первого. Общее мнение в мире высокопроизводительных двигателей заключается в том, что вы хотите, чтобы второй кольцевой зазор был шире, чем верхний кольцевой зазор. «Мне нравится сохранять разницу в 0,004–0,005 дюйма между верхним и вторым кольцом. Любое сгорание, которое проходит через верхнее кольцо, должно пройти и через второе кольцо, чтобы оно не застряло между двумя кольцами и не заставило их трепетать», — объясняет Мигер.

Переходим к последнему кольцу в упаковке – маслосъемному кольцу – жизнь становится проще. «На опорах масляного кольца вы просто должны убедиться, что есть зазор не менее 0,015 дюйма», — говорит Мигер. «Если вы обнаружите, что вам нужно напилить масляную рейку, возможно, у вас в коробке не то кольцо, потому что очень редко вам нужно напилить правильную масляную рейку».

Всегда можно снять больше, но нельзя добавить обратно

Все измерения в мире ничего не значат, если вы не можете должным образом изменить эти размеры. Хотя кольцевая регистрация может показаться простой, существует множество мелких нюансов, которые имеют большое значение для высокопроизводительного двигателя.

Одна из первых вещей, на которую указывает Мигер, это то, что без слов можно узнать, только напортачив. «Убедитесь, что вы идентифицировали верхнее и второе кольца и записали их, так как верхнее кольцо будет из значительно более твердого материала и его труднее подпиливать», — говорит Мигер.

«Когда ваше верхнее и второе кольцо изготовлены из разных материалов, если вы попадаете в ритм при подпиливании второго кольца, а затем переключаетесь на верхнее кольцо, вдруг все идет не так, потому что верхнее кольцо тверже. И наоборот, если вы войдете в ритм, разрезая более твердые верхние кольца, а затем прыгнете во второе кольцо с тем же ритмом, вы можете легко снять слишком много, прежде чем осознаете это».

Фактический процесс хранения колец может быть более сложным, чем кажется со стороны. С покрытиями и отделкой современных усовершенствованных поршневых колец нужно быть особенно осторожным, чтобы не повредить это покрытие при шлифовке колец.

«Вы хотите обрезать конец кольца в направлении, в котором оно поддерживается. сломать кольцо», — объясняет Мигер. «Вы также не хотите прижимать кольцо к инструменту для тяжелой резки, так как это также может привести к его сколам. Вы действительно просто хотите провести резаком по кольцу».

Еще одна вещь, с которой нужно быть осторожным при заточке колец, это убедиться, что конец находится под прямым углом к ​​напильнику. «Когда у вас есть кольцо в инструменте для напильника, вы должны убедиться, что вы держите концевой квадрат напротив резака, чтобы вы не вставили конус в конец кольца». — говорит Мигер. «Кроме того, подпиливайте только в одном направлении и работайте только с одной стороны ринга, чтобы открыть брешь. Не подпиливайте немного с одной стороны, а потом немного с другой».

Наконец, Мигер добавляет: «Как только вы достигли желаемого зазора, вам нужно удалить заусенцы с кольца. Я просто использую небольшой файл jewlers, чтобы обработать края. Вы не пытаетесь снять много материала, просто любой материал, который мог образовать заусенцы».

Следуя этим советам, работая медленно и осторожно, часто измеряя, вы сможете заточить свои собственные кольца, как профессионал, и обязательно получите максимальную отдачу от вашего только что отремонтированного двигателя.

Эта статья перепечатана с любезного разрешения

Опубликовано в Двигатели и компоненты

Торцевые зазоры поршневых колец

Дом, Библиотека по ремонту автомобилей, Автозапчасти, Аксессуары, Инструменты, Руководства и книги, Автомобильный БЛОГ, Ссылки, Индекс

Ларри Карли, авторское право AA1Car.com

Проверка и регулировка торцевых зазоров поршневых колец необходима при установке в двигатель новых колец или поршней. Надлежащий концевой зазор обеспечивает хорошую изоляцию сгорания (минимальный прорыв газов) и обеспечивает достаточный зазор между концами колец. чтобы они не упирались друг в друга и не вызывали истирания или заедания колец.

Торцевой зазор можно измерить, поместив поршневое кольцо в отверстие цилиндра и вставив между концами щуп. кольца. Если зазор слишком узкий (меньше минимального рекомендуемого зазора), концы колец можно подпилить для увеличения разрыв. Осторожно надпилите, чтобы оба конца кольца оставались параллельными друг другу. Другими словами, не подпиливайте под углом. концы кольца должны быть квадратными.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: При измерении зазора в конце поршневого кольца проверьте зазор с кольцами в верхней и нижней части отверстия. Если отверстие имеет конический износ (отверстия обычно больше всего изнашиваются в верхней части), торцевой зазор будет больше вверху и меньше внизу отверстия. Использовать нижнее положение для установки конечного зазора. Если вы используете верхнюю часть изношенного отверстия для установки концевого зазора, концевой зазор будет слишком мал, когда поршень достигает дна скважины. Концы кольца могут ударяться друг о друга, вызывая заедание и истирание кольца. Цилиндры, которые имеют больше Износ конусности от 0,003 до 0,005 дюйма, вероятно, следует расточить или отшлифовать до увеличенного размера, чтобы восстановить надлежащие зазоры поршня и колец. Ссылаться на спецификации производителя двигателя для максимально допустимого конусного износа.

Торцевой зазор поршневого кольца следует измерять, когда поршневое кольцо расположено вблизи нижней (неизношенной) части цилиндра. Изношенные цилиндры могут иметь конусный износ, увеличивающийся к верхней части.
Вы можете определить степень износа цилиндра, измерив зазоры в концах колец вверху и внизу цилиндра.
Любая разница в размерах торцевого зазора сверху вниз говорит о степени износа конусности цилиндра. Конический износ выше составляет 0,004 дюйма.
Размеры торцевого зазора должны быть одинаковыми для прямого, только что расточенного или отточенного цилиндра.

Рекомендации по концевому зазору поршневого кольца

Большинство производителей поршневых колец рекомендуют минимальный торцевой зазор 0,004 дюйма, умноженный на диаметр отверстия для верхнего компрессионного кольца поршня. Таким образом, для отверстия диаметром 4 дюйма стандартный торцевой зазор составляет 0,016 дюйма.

Для 2-го компрессионного кольца , рекомендуемый стандартный торцевой зазор для большинства серийных двигателей обычно составляет ,005 дюйма, x диаметр отверстия. Таким образом, для 4-дюймового отверстия минимальный зазор на 2-м кольце будет 0,020 дюйма.

Для модифицированного уличного двигателя , который вырабатывает больше лошадиных сил и тепла, концевой зазор должен быть немного открыт, чтобы компенсировать повышенное тепловое расширение. Рекомендуемый минимальный верхний зазор торцевого кольца поршневого кольца от ,0045 до 0,005 дюйма, что в раз больше диаметра отверстия. Для отверстия диаметром 4 дюйма зазор на верхнем кольце должен быть увеличен до 0,018–0,020 дюйма.

Для 2-го компрессионного кольца на модифицированном двигателе уличного исполнения рекомендуется увеличить концевой зазор до ,0055 дюймов, что в раз больше диаметра отверстия. Для 4-дюймового отверстия 2-е кольцо будет иметь зазор до 0,022 дюйма.

Для закиси азота или гоночного двигателя с наддувом зазор в конце верхнего кольца должен быть открыт до 0,006 или 0,007 дюйма в раз больше диаметра отверстия. Теперь мы рассматриваем зазор конца второго кольца от 0,024 до 0,028 дюйма в двигателе с диаметром отверстия 4 дюйма.

Для 2-го кольца на закиси азота или продуваемом двигателе рекомендуемый зазор в конце кольца еще больше: от 0,0063 до 0,0073 дюйма в раз больше диаметра отверстия (или от 0,025 до 0,029 дюйма при диаметре отверстия 4 дюйма).

Рекомендуемый зазор между маслосъемными кольцами независимо от применения двигателя обычно составляет ,015 дюймов.

Некоторые гонщики считают, что увеличение 2-го концевого зазора еще больше (скажем, еще на 10 %) может улучшить общую герметичность кольца, позволяя уловленным газам выходить до того, как они пройдут через верхнее кольцо и вызовут вибрацию кольца при высоких оборотах (скажем, от 5000 до 6000 об/мин).

ПРИМЕЧАНИЕ: Эти рекомендации являются лишь эмпирическими правилами. Всегда соблюдайте характеристики торцевого зазора, рекомендованные поставщиком поршневых колец или производителем двигателя.

Вот некоторые общие рекомендации по концевым зазорам от Общества автомобильных инженеров:

Инструкция по установке поршневых колец от производителя:

Советы по установке поршневых колец от SpeedPro (файл в формате pdf)
Информация о концевом зазоре поршневого кольца от Wiseco Pistons (файл в формате pdf)

---

Другие статьи о поршнях и кольцах:

Технология поршневых колец

Стальные кольца: обновление технологии поршневых колец

Эволюция конструкции поршня

Советы по восстановлению двигателя

Причины высокого расхода масла

Проверка компрессии двигателя

Проверка двигателя на герметичность

Измерение продувки

Щелкните здесь, чтобы См.