Первым признаком износа колец является прорыв газов в картер двигателя. Клубы сизого дыма из выхлопной трубы указывают на горение масла в двигателе. При износе или поломке поршневых колец вы можете заметить увеличение расхода масла. Повышенная дымность сначала отмечается при холодном пуске двигателя. По мере прогрева поршни и кольца расширяются, уплотняя цилиндры. За счет этого количество масла, попадающего в камеру сгорания, уменьшается.
В дальнейшем износ колец достигает такого значения, при которых утечки происходя постоянно, и повышенная дымность будет наблюдаться на всех режимах работы двигателя. Это может также происходить из-за износа седел клапанов. Подбор колец необходимого размера может быть затруднен, если в результате износа диаметр поршней немного отличается от номинального.
Как уже отмечалось, негативным последствием утечек является попадание отработавших газов, а также топлива в картер двигателя. Эти соединения загрязняют масло, которое теряет свою вязкость, а также смазочные и охлаждающие свойства. Для обеспечения качественной смазки и предотвращения повреждения деталей необходимо регулярно производить замену масла в двигателе.
В дальнейшем износ возрастает, и двигатель начинает терять мощность:
• Слишком большой объем газов уходит в картер двигателя; • Слишком большой объем масла попадает в камеру сгорания.
Это приводит к загрязнению свечей зажигания и нарушениям в работе двигателя.
Маслосъемные кольца
Маслосъемные кольца контролируют объем масла, который оседает на стенках цилиндров. Они также помогают равномерно распределить масло по стенкам, которые смазываются разбрызгиванием. Кольца называются маслосъемными, потому что они снимают излишки масла со стенок и направляют его в картер. Они препятствуют прохождению масла между поверхностью кольца и стенкой цилиндра. В большинстве современных двигателе зазор между поршнями и стенками цилиндров очень маленький (0.025 мм или меньше). Это позволяет минимизировать утечки и колебания поршня. Чем более стабильно положение поршня, тем лучше кольца обеспечивают герметизацию стыка. Небольшой зазор также обеспечивает менее шумную работу двигателя, что особенно заметно при холодных пусках (когда зазоры увеличены).
Во многих случаях поршни покрывают противозадирными покрытиями на основе молибдена. Они не только защищают сами детали, но также обеспечивают надежный зазор между поршнями и цилиндрами, что минимизирует колебания поршня и утечки.
Назначение, виды, особенности
Устройство поршня
Эти элементы ЦПГ имеют ряд важных функций:
- Обеспечивают герметичность камеры сгорания.
- Осуществляют регулировку количества смазочного материала, используемого для смазки стенок цилиндра, а также предотвращают его попадание в надпоршневое пространство.
- Выполняют отвод тепла от поршня цилиндру.
Функционирование поршневых колец проходит в достаточно сложных условиях – высокотемпературное воздействие, значительные механические нагрузки, возникающие не только от постоянного воздействия газов, но и от повышенного трения из-за недостатка смазочного материала в области днища поршня.
Одно кольцо не справилось бы с поставленными задачами, поэтому на поршень устанавливается несколько элементов, каждое из которых выполняет определенные функции. Все поршневые кольца делятся на два типа:
- компрессионные (предназначенные для обеспечения герметичности);
- маслосъемные (выполняют регулировку количества смазки в ЦПГ).
Общее количество может быть разным и зависит от конструктивных особенностей силовой установки. Наибольшее распространение получила трехкольцевая компоновка (2 – компрессионных, 1 – маслосъемное). Но есть двигатели, у которых их количество может достигать и 7 штук. А к примеру, на двухтактных двигателях устанавливается только два компрессионных, а маслосъемное не используется.
Все используемые кольца – незамкнутого типа. То есть, они не сплошные (его просто невозможно было бы установить в поршневую канавку), и в нем имеется вырез, кстати, играющий тоже важную роль.
В разжатом состоянии кольца сделаны в форме овала, при этом расстояние между концами значительное. Это дает возможность без проблем надеть его на поршень и установить его в специальную канавку в нем. При посадке в цилиндр оно принимает правильную круглую форму, что обеспечивает прилегание по всей окружности, при этом вырез (замок) уменьшается, и этот зазор составляет всего 0,15-0,5 мм. Этот зазор является тепловым, и в его задачу входит компенсация размеров в результате теплового расширения.
Поскольку есть зазор, то газы могут через него проходить в подпоршневое пространство. Чтобы исключить этот фактор и устанавливается два компрессионных кольца. Они создают так называемое уплотнение лабиринтного типа, для чего замок первого кольца развернут на 180 град. относительно второго. Но даже такое решение не обеспечивает полной герметизации надпоршневого пространства и часть газов проникает в картер.
Видео: Теория ДВС: Поршневые кольца (часть 2)
Отметим, что установка дополнительного третьего компрессионного кольца хоть позволяет снизить утечки, но при этом сила трения в ЦПГ сильно возрастает, поэтому такое решение является нецелесообразным.
Компрессионные кольца
Основная нагрузка приходится на первое компрессионное кольцо, расположенное ближе всего к днищу поршня. Его основная задача – обеспечение герметичности камеры сгорания. Именно на него приходится больше всего высокотемпературного воздействия и давления газов, и все это в условиях нехватки смазочного материала. Чтобы максимально снизить трение между стенкой и кольцом, у последнего рабочая поверхность делается закругленной. Также уменьшить износ верхнего кольца при функционировании в тяжелых условиях позволяет молибденовая или хромовая вставка, нанесенная напылением на поверхность, но само оно делается из эластичного высокопрочного чугуна, но иногда используется и сталь.
Видео: 2.0 Теория ДВС: Ошибка установки маслосъемного наборного поршневого кольца
Примечательно, что рабочие газы принимают участие в создании герметичности камеры сгорания. Для этого высота кольца несколько меньше высоты канавки. Через образуемый зазор газы проникают внутрь канавки и начинают давить на внутреннюю поверхность кольца, дополнительно прижимая его к стенке.
Некоторые производители занимаются выпуском так называемых «неразъемных» компрессионных колец. На деле же оно состоит из двух плоских колец, которые после посадки на поршень, замками разворачиваются на 180° относительно друг друга. По сути, такая конструкция позволяет осложнить лабиринтное уплотнение, тем самым снизив количество пропускаемых газов.
Второе компрессионное кольцо выполняет две задачи. Во-первых, оно является элементом лабиринтного уплотнения и предотвращает проникновение прорвавшихся через верхнее кольцо газов в подпоршневую полость. А во-вторых, оно принимает участие в регулировке количества смазки на стенках цилиндра. Этот элемент обладает специфической формой рабочей поверхности (конусную или Г-образную). Такая поверхность играет роль скребка, снимающего излишки смазки со стенок, и сбрасывает его к маслосъемному кольцу. Поэтому его еще еще называют скребковым.
Поскольку оно воспринимает значительно меньшие нагрузки, чем первое, то в его конструкции не используются высокопрочные напыления, оно изготовлено полностью из пластичного чугуна.
Маслосъемные кольца
В задачу маслосъемных колец входит регулировка толщины масляной пленки на стенках цилиндра, именно регулировки, а не полного удаления смазочного материала. Если масла будет недостаточно, то сила трения будет увеличена, что приведет к быстрому износу колец, а также возможному появлению задиров на стенках цилиндров. Большое же его количество при сгорании в камере сгорания будет оседать в виде нагара на всех поверхностях внутри ее.
Проверка зазоров поршневых колец
При измерении зазора поршневых колец делайте это в верхней и нижней частях гильзы. Если гильза имеет конусность, то зазор в верхней части будет больше, чем в нижней. Устанавливать зазор нужно в нижнем положении поршня. Если сделать это в верхней части в случае износа гильзы, то зазор станет очень маленьким в момент, когда поршень будет в нижней точке. Концы колец могут соприкоснуться, вызывая изгиб и повышенный износ колец. Цилиндры, имеющие конусность в пределах 0.076 до 0.130 мм, вероятно, могут быть подвергнуты ремонту. Обратитесь к спецификации завода-изготовителя для определения максимально допустимой конусности.
Кольца поршневой — что это, зачем они нужны и как работают?
Кольца поршневой — специально изготовленные металлические детали в форме окружности, которые одеваются на поршень, а цель поршневых колец — придание необходимого радиального давления для поддержания уплотнения между поршнем и цилиндром. Поршневые кольца, как правило, изготавливаются из такого сплава чугуна, который позволяет им быть упругими и в то же время пластичными, а также служить хорошими теплопроводниками.
Кольца одеваются на поршень в специально проделанный в нём паз. Сами кольца представляют собой незамкнутую окружность, что позволяет их одевать и снимать с поршня, не ломая их.
Почти во всех двигателях установлены 2 типа поршневых колец в зависимости от функции, которую они выполняют:
- Компрессионные кольца поршневой вставляются в специальные пазы в верхней части поршня. Их, как правило, насчитывается от 3 до 7 на одном поршне. Эти кольца главным образом служат для уплотнения между стенками цилиндра и поршнем и предотвращают проникновение смеси топлива и воздуха в такте сгорания в картер двигателя. Кроме того, ещё одна роль компрессионных колец поршневой заключается в передаче тепла от поршня к гильзе цилиндра, а также поглощения части поршневых колебаний из-за боковой тяги.
- Маслосъёмные кольца — это немного другие кольца поршневой, которые находятся ниже компрессионных колец. Маслосъёмные кольца обеспечивают идеальное смазывание стенки цилиндра, снимая бóльшую часть масла с поверхности гильзы в то время, когда поршень движется вниз. Это делается для того, чтобы свести к минимуму попадание масла в камеру сгорания и, как следствие, его расход.
Кольца поршневой группы очень упругие. Они самостоятельно регулируют свой диаметр, прижимаясь к цилиндру и в то же время оставаясь в своих пазах. Они также сводят к минимуму площадь контакта между поршнем и цилиндром и, таким образом, значительно уменьшают трение, которое в противном случае привело бы к износу поршневой и снижению КПД работы двигателя за счёт большого сопротивления, создаваемого эти трением.
Зачем нужны поршневые кольца?
Кольца поршневой позволяют использовать в поршнях очень лёгкие материалы, такие как алюминий, потому что среди требований к материалу поршней отпадает стойкость к трению, ведь его выполняют кольцо.
Только представьте, если бы у Вашего автомобиля в моторе не было бы колец, и поршень бы тёрся напрямую о стенки цилиндра. Что бы было тогда? Ну, во-первых, поршень должен бы был иметь тот же размер, что и цилиндры. Но тут нас ждала бы большая проблема: при нагреве поршень расширяется в диаметре, и, таким образом, он мог бы застрять в цилиндре, что привело бы к дорогостоящему ремонту. Во-вторых, такой поршень очень быстро бы вызывал всё больше и больше потери компрессии за счёт быстрого износа. Именно поэтому кольца поршневой выполняют такую важную роль.
Процесс монтажа кольца на поршень
Подводя итог, отметим, что кольца в двигателе выполняют 4 главные функции:
- Компрессия. Поршневые кольца поддерживают изоляцию камеры сгорания от картерного пространства, что позволяет проводить более эффективное сжатие топлива в камере. Т.е. газообразные продукты сгорания, возникающие в момент зажигания, не проходят сквозь цели между поршнем и цилиндром, потому что от возникновения таких щелей защищает кольцо.
- Экономия расхода масла. Маслосъёмные кольца снимают часть масла со стенок цилиндра во время работы мотора, благодаря чему компрессионные кольца отлично смазывают, и в то же время излишки масла не попадают в камеры сгорания.
- Теплообмен. Поршневые кольца передают тепло от поршня к цилиндру. Когда топливно-воздушная смесь возгорается в камер сгорания, температура внутри неё достигает приблизительно 300 °С. Если тепло будет накапливаться внутри поршня, двигатель может быть повреждён.
- Погашение горизонтальных колебаний поршня. Плотно прижимаясь к стенкам цилиндра, кольца поршневой не дают поршню «гулять» в горизонтальных направлениях, что предотвращает износ поршневой группы мотора.
