Как сделать поршневые кольца тоньше
Перейти к содержимому

Как сделать поршневые кольца тоньше

  • автор:

Современные технологии повышения долговечности поршневых колец Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ / ЦИЛИНДРОПОРШНЕВАЯ ГРУППА / ГИЛЬЗА / ПОРШЕНЬ / ПОРШНЕВЫЕ КОЛЬЦА / ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ / ДОЛГОВЕЧНОСТЬ / INTERNAL COMBUSTION ENGINE / CYLINDER PISTON GROUP / PISTON / PISTON RINGS / WEAR RESISTANCE / LONGEVITY

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Миронов Е. Б.

Двигатели внутреннего сгорания должны отвечать высоким требованиям: по сроку службы, мощности, затратам на ремонт и многим другим. Для обеспечения этих требований конструкторы совершенствуют цилиндропоршневую группу , в частности, поршневые кольца , от которых напрямую зависит качественная работа двигателя, и самое важное, необходимость в его преждевременном ремонте.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Миронов Е. Б.

Повышение надежности втулок цилиндров судовых дизелей (обзор)

Обзор технологических мероприятий, направленных на повышение надежности цилиндро-поршневой группы двигателя внутреннего сгорания

Аналитическое исследование внутренних потерь в судовом двигателе внутреннего сгорания
Повышение износостойкости гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания
Лазерное упрочнение поршневых колец дизелей как способ повышения износостойкости
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE MODERN TECHNOLOGIES OF INCREASING THE LONGEVITY OF THE PISTON RINGS

Nowadays the high demands are presented to the internal combustion engines. These demands are the increasing of period of validity, the increasing of power, reduction of payment and others. Having achieved these demands, constructors pay special attention to the cylinder piston group, especially to the piston rings. It influences to the qualitative engine work and its repairing.

Текст научной работы на тему «Современные технологии повышения долговечности поршневых колец»

different, but criteria of appraisement are different. It is offered to analyse the methods to show disadvantages and to find better ones.

The key words: milking machine, efficiency of using, the method of appraisment, energetic indexes, rate of using.

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ

Е. Е. Миронов, преподаватель кафедры «Организация и технология ремонта машин» ГОУ ВПО «Нижегородский государственный инженерно-экономический институт»

Аннотация. Двигатели внутреннего сгорания должны отвечать высоким требованиям: по сроку службы, мощности, затратам на ремонт и многим другим. Для обеспечения этих требований конструкторы совершенствуют цилиндропоршневую группу, в частности, поршневые кольца, от которых напрямую зависит качественная работа двигателя, и самое важное, необходимость в его преждевременном ремонте.

Ключевые слова: двигатель внутреннего сгорания, цилиндропоршневая группа, гильза, поршень, поршневые кольца, износостойкость, долговечность.

Важность повышения надежности деталей ЦПГ двигателя определяется тем, что именно от состояния узла уплотнения гильза-поршень-кольца зависит срок службы двигателя, а затраты на ремонт, восстановление и замену деталей ЦПГ являются наибольшими по сравнению с за-

тратами на ремонт, восстановление и замену других деталей двигателя.

Несмотря на большое количество работ, посвященных проблеме повышения долговечности деталей ЦПГ ДВС, до сих пор отсутствует комплексный подход к обеспечению характеристик этих деталей, составляющих целостную группу.

Гильза двигателя «мокрого» типа — элемент, совместно с кольцами, обеспечивающий герметичность камеры сгорания, воспринимающий в процессе работы динамические нагрузки со стороны поршневых колец, осуществляющий теплопередачу от поршневых колец к охлаждающей жидкости и, уже при установке, находящийся в напряженно-деформированном состоянии, обусловленном затяжкой шпилек (болтов) головки блока. Элементами, в основном определяющими процессы изнашивания гильзы, являются поршневые кольца. С одной стороны, более твердое и износостойкое покрытие кольца в неблагоприятных условиях смазывания рабочих поверхностей в камере сгорания оказывает на поверхность гильзы крайне неблагоприятное воздействие. С другой стороны, динамические нагрузки, вызываемые перекладкой поршня и передаваемые через кольца на стенку гильзы, вызывают вибрации стенки гильзы, что, в свою очередь, приводит к кавитационному изнашиванию поверхности, омываемой охлаждающей жидкостью. Напряженно-деформированное состояние только усугубляет эти процессы. В ЦПГ реализована, так называемая, положительная обратная связь, когда изменение каких-либо параметров детали или деталей приводит не к компенсации этого изменения параметрами других деталей, а к «раскачиванию» всей системы и более быстрому выходу ее из строя.

Многие специалисты считают, что улучшение эксплуатационных показателей ЦПГ возможно путем внесе-

ния присадок в масло, топливо и воздух положительно влияющих на характеристики двигателя. Но это заблуждение, поскольку дополнительно вносимые присадки, например в масло, нарушают баланс уже имеющихся в нем присадок, а это приводит к ухудшению работы трибосо-пряжения..

Разрешение сложившейся ситуации связано с созданием наиболее благоприятных условий работы три-босопряжения гильза-кольца-поршень путем гашения динамических нагрузок и создания усовершенствованной конструкции поршневых колец и поршня, а также создания на сопряженных поверхностях защитного слоя с низким коэффициентом трения, что приведет к повышению износостойкости и вибростойкости трибосопряжения, снижению расхода масла и топлива, а также вредных выбросов двигателя без существенного удорожания процесса производства, технического обслуживания и ремонта.

Поршневые кольца предназначены для обеспечения герметичности внутрицилиндрового пространства, т. е. для предотвращения прорыва газов из этого пространства в картер двигателя. Одновременно поршневые кольца отводят в стенки цилиндра большую часть воспринимаемой днищем поршня теплоты и препятствуют проникновению масла из картера двигателя внутрь цилиндров.

Конструкции поршневых колец

В современных быстроходных, отличающихся высокой степенью сжатия двигателях, поршневые кольца применяют трех видов:

— компрессионные поршневые кольца;

— маслосъемные поршневые кольца;

— компрессионно-маслосъемные поршневые кольца (комбинированные).

Компрессионные поршневые кольца работают в очень тяжелых условиях полужидкостного трения с боль-

шой переменной скоростью скольжения подвергаясь воздействию высоких температур, а так же испытывают воздействие значительных сил давления газов, внутренних сил упругости и сил трения. Компрессионные кольца должны предотвращать попадание отработавших газов из камеры сгорания в кривошипную камеру.

Рис. 1. Виды компрессионных колец ДВС,

Я — цилиндрическое компрессионное поршневое кольцо; ЕТ — полутрапециевидное компрессионное поршневое кольцо; Т — трапециевидное компрессионное поршневое кольцо 6715; М — коническое поршневое компрессионное кольцо; 8М — коническое поршневое компрессионное кольцо с уменьшенным углом наклона рабочей поверхности; N — скребковое компрессионное поршневое кольцо; NM — скребковое коническое компрессионное поршневое кольцо

Для обеспечения необходимой герметичности нужны минимальный зазор между поршнем и стенкой цилиндра, наличие в этом зазоре устойчивой масляной пленки и высококачественная обработка поверхности цилиндра и поршня. Компрессионные кольца уплотняют поршень путём создаваемого ими лабиринта и прижатия колец к поверхности цилиндра. Проходя через этот лабиринт, состоящий из торцевых и радиальных зазоров между кольцами и стенками кольцевых канавок, газы постепенно расширя-

ются, вследствие чего их давление и скорость истечения снижаются.

Целью применения маслосъемных колец является максимальное уменьшение расхода масла, при постоянной и достаточной смазке деталей скольжения и одновременно обеспечение минимальной газопроницаемость.

Вследствие насосного действия компрессионных колец, а так же разряжения в цилиндре во время цикла всасывания в камеру поступает масло, где оно частично сгорает. Маслосъемные кольца снимают лишнее масло со стенок цилиндров и предотвращают попадание смазочного масла в камеру сгорания.

Компрессионно-маслосъемные кольца совмещают основную функцию компрессионных и маслосъемных колец, т.е. они предотвращают попадание отработавших газов в кривошипную камеру и снимают лишнее масло со стенки цилиндра.

Чаще всего применяют кольца прямоугольного сечения. На внутренних углах колец делают фаски (0,2. 0,5)х45 град, во избежание прилегания колец к закругленным углам поршневых канавок, а также для облегчения надевания колец на поршень. У колец большого диаметра на наружной поверхности делают лабиринтные канавки.

Для ускорения приработки колец к стенкам цилиндра наружную поверхность колец выполняют конической, оставляя узкую (0,3. 0,5мм) цилиндрическую ленточку. Этот прием требует индивидуальной обработки колец на конус.

Другой прием придания конусности рабочей поверхности, основан на свойстве ассиметричных сечений скручиваться под действием изгибающих сил. На внутренней поверхности колец делают выборки или скосы, смещающие главную ось инерции сечения относительно

направления изгибающих сил. При введении в цилиндр такие кольца скручиваются под действием давления, оказываемого стенками цилиндра, в результате чего наружная поверхность колец приобретает коническую форму.

Конусность различна по окружности колец и максимальна на концах кольца. Трение кромок кольца о стенки цилиндра при ходе поршня вниз, в свою очередь, способствует скручиванию кольца. Благодаря простоте исполнения скручивающиеся кольца получили широкое применение

Кольца трапециевидного сечения применяют в цилиндрах, работающих при высокой температуре (цилиндры ДВС, поршневых компрессоров высокого давления), где имеется опасность закоксовывания колец из-за разложения масла при высоких температурах.

Материалы поршневых колец

Поршневые кольца изготавливают чаще всего из качественного перлитного чугуна, отличающегося износостойкостью и высокими антифрикционными свойствами, обусловленными присутствием в структуре пластинчатого графита.

Чугунные поршневые кольца после обдирки подвергают старению, естественному или искуственному (при

Кольца, работающие в условиях обильной смазки, изготавливают из пружинной стали, закаленной и подвергнутой среднему отпуску (350. 500 °С). Стальные кольца требуют повышенной поверхностной прочности стенок цилиндра.

Иногда поршневые кольца вьшолняют из кованной бронзы марок БрАНЖ или БрАМЖц, а в ответственных случаях — из берилиевой бронзы марки БрБ2.

Конструкторы двигателей предпочитают использовать сталь, нежели чугун в качестве материала для изго-

товления компрессионных поршневых колец в бензиновых и дизельных двигателях. Для этого существуют вполне веские основания:

— в современных двигателях к поршневым кольцам предъявляются более высокие требования, чем это было ранее;

— повысившаяся компрессионная нагрузка и число оборотов, ужесточившиеся нормы по ограничению вредных выхлопов — эти условия создали необходимость применения принципиально нового материала, который должен быть прочней и устойчивей, чем все применявшиеся до этого материалы;

— более надёжное уплотнение, устойчивость к поломке и износу при высоких нагрузках также имеют немаловажное значение. Эти качества наилучшим образом обеспечивает сталь.

Относительно низкая высота стального кольца по оси позволяет размещать его ещё плотнее к корпусу поршня, и таким образом достигается снижение выбросов выхлопных газов. Применение стали также позволяет сократить радиальную толщину колец. Благодаря этому существенно облегчённое стальное кольцо способно лучше уплотнять кольцевую канавку, причём упругость стального кольца по отношению к кольцу из чугуна значительно выше. Стальное кольцо, таким образом, лучше приспособлено к неидеально круглой форме цилиндра и способствует понижению расхода масла.

Компрессионные кольца из стали гарантируют устойчивость к продольной деформации и ограничивают усталость материала, у них меньше износ кромок и меньше износ кольцевых выточек на самом поршне.

Преимущества использования стальных компрессионных колец:

— повышенный ресурс эксплуатации;

— низкий подъём (высота) колец;

— повышенный предел выносливости.

Кроме того, стальные кольца устойчивей к нагрузкам, их кромки, а также кольцевые выточки на самих поршнях меньше изнашиваются; они позволяют с меньшим интервалом производить техосмотры; эти кольца лучше приспособлены к форме цилиндра, сокращают расход моторного масла, уменьшают просачивание газов, понижают трение.

Покрытия поршневых колец

Для увеличения износостойкости и срока службы поршневых колец их рабочую поверхность хромируют. Хромированное покрытие отличается очень высокой твердостью (УИ 900. 1000), жаростойкостью, низким коэффициентом трения и противозадирными свойствами.

При гальваническом твердом хромировании хром наносят сплошным слоем толщиной 0,15. 0,25мм для малых колец и до 0,50 мм для больших колец.

После хромирования тонко покрытые кольца устанавливают в цилиндр; толсто покрытые кольца подвергают шлифованию для устранения неравномерности покрытия хромом.

Твердому хромированию присущи следующие недостатки:

1) затягивается процесс приработки колец вследствие высокой твердости хрома и плохой смачиваемости маслом; 2) кольца требуют повышенной точности изготовления цилиндра и полного устранения просветов между кольцом и зеркалом цилиндра.

Эти недостатки в значительной мере устраняются пористым хромированием. Хром сначала наносят сплошным слоем, а затем наружную поверхность покрытия раз-

рыхляют на глубину, равную примерно 0,25 толщины покрытия.

Пористая поверхность хорошо удерживает масло. В процессе приработки разрыхленная поверхность сравнительно быстро истирается (особенно на участке повышенного давления), после чего обнажается нижележащий слой твердого сплошного хрома. Присутствие масла в пористом слое предупреждает задиры в процессе приработки.

Износостойкость пористохромированных колец сильно зависит от структуры пористого слоя, предопределяющей правильность процесса приработки. Наилучшие результаты дает сетчатая пористость с размером пор

0,05. 0,10 мм . При правильно проведенном процессе приработки износостойкость хромированных колец в 15. 25 раз превышает износостойкость обычных чугунных колец.

Материал хромированных колец «не имеет столь большого значения, как материал не хромированных колец. Это позволяет применять для изготовления хромированных колец высокопрочный модифицированный чугун с шаровидным графитом и сталь.

Другие способы повышения износостойкости поршневых колец.

Оксидирование (воронение). Образование на поверхности колец тонкого (0,01 мм) слоя магнитной окиси железа Бе304 путем выдержки колец при температуре

500. 550 °С в атмосфере газообразных окислителей и водяного пара.

Фосфатирование — выдержка колец в горячем водном растворе фосфорной кислоты, насыщенном фосфатами Бе, Мп, 2п. На поверхности колец образуется пористый кристаллический слой фосфатов, хорошо впитывающий смазку.

Диффузионное силицирование — выдержка колец в порошкообразном карбиде кремния БЮ при температуре

около 1000 °С. При этом поверхностный слой насыщается кремнием, повышающим износостойкость колец.

Диффузионное хромирование — насыщение поверхностного слоя хромом путем выдержки колец в расплавленном хлористом хроме СгС12 или в атмосфере газообразных хлоридов хрома при температуре около 1000 °С.

Алитирование — выдержка колец в смеси порошкообразного алюминия и окиси алюминия А1203 при температуре около 1000 °С, в результате чего в поверхностном слое образуются кристаллы твердого раствора алюминия в альфа железе, а на поверхности — тонкая износостойкая пленка окиси алюминия.

Сулъфидирование — выдержка колец в горячем растворе едкого натрия №0И с примесью серы или в расплаве цианистого натрия №СН и сернокислого натрия Ка2Б04. Сульфидрованный слой отличается исключительной износостойкостью и сопротивлением схватыванию.

Для ускорения приработки кольца подвергают гальваническому лужению, кадмированию или омеднению. Наилучшие результаты дает лужение. Гальваническое лужение производят в ванне с натриевой солью оловянной кислоты при температуре 75 °С. Толщина слоя олова 0,005.. .0,010 мм.

Кольца, работающие при умеренных температурах, покрывают тонким слоем синтетической смолы (эпоксиды), фторопластов и т.п. с примесью графитного или металлического порошка.

1. Родичев, В. А. Устройство и техническое обслуживание грузовых автомобилей: Учебник водителя автотранспортных средств категории «С» / В. А. Родичев. — М.: Издательский центр «Академия», 2004. — 256 с.

2. Вахламов, В. К. Автомобили: Теория и конструкция автомобиля и двигателя: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования / В. К. Вахламов. — 3-е изд. стер. — М.: Издательский центр «Академия», 2007. — 816 с.

3. Internet: http://www.autosnabcentr.ru

4. Internet: http://www.gilza-porshen.ru

The modern technologies of increasing the longevity of the piston rings

E. B. Mironov, the teacher of the chair «Ogranization and technology of car repairing» of the State Educational Institute of Higher Professional dducation «Nizhegorodskiy State engineering-economic institute»

Annotation. Nowadays the high demands are presented to the internal — combustion engines. These demands are the increasing of period of validity, the increasing of power, reduction of payment and others. Having achieved these demands, constructors pay special attention to the cylinder — piston group, especially to the piston rings. It influences to the qualitative engine work and its repairing.

The key words: Internal — combustion engine. Cylinder

— piston group. Piston. Piston rings. Wear resistance. Longevity.

Как выбрать поршневые кольца

Общим направлением в конструкциях высококачественных поршней является использование узких поршневых колец. Существует мнение, что тонкое кольцо будет предотвращать так называемую вибрацию колец на высоких оборотах двигателя и уменьшать трение между поршневым кольцом и стенкой отверстия цилиндра. При всех условиях работы узкие кольца работают хорошо, но из-за того, что от них требуются повышенные усилия, оказываемые на стенки, и из-за других факторов, включающих высокие рабочие температуры, такие кольца вызывают ускоренный износ цилиндров и лицевой поверхности самих колец. Пока вы не создаете двигатель, который способен и часто будет развивать очень высокие обороты (более 6.000 об/мин), вы будете довольны широкими кольцами. Обычные кольца дешевле, работают дольше и достаточно надежно. В реальности, улучшение характеристик от использования тонких колец является таким малым, что может быть обнаружено только на испытательном стенде или же при большом количестве испытательных заездов. Рассмотрим их применимость только для гоночных двигателей.

Если вы должны использовать специальные поршни, то конструкция верхнего кольца является одним из самых важных факторов (среди прочих), подлежащих рассмотрению. Если верхнее кольцо расположено высоко на поршне около его верхней части, характеристики двигателя будут лучше, благодаря тому, что меньший объем недоступных газов будет захвачен в перемычке между кольцами. Преимущества могут быть малыми, но они есть. Однако, слишком много хороших вещей может быть гибельным: если кольцо расположено слишком близко к верхней части поршня, то тонкая перемычка над канавкой кольца может перегреться и разрушиться. Убедитесь, что производители поршней и колец согласовали оптимальное положение перемычки между кольцами, и что поршни обработаны в соответствии с требованиями.

Верхнее поршневое кольцо и перемычка над его канавкой работают в очень жестких условиях. Верхнее кольцо должно не только обеспечивать качественное уплотнение у рабочей поверхности при очень высоких давлениях, но также должно работать в окружении высокотемпературных газов. Кольца должны противостоять их воздействию в течение миллионов циклов и сохранять свою упругость и возможность уплотнения. Эти требования определяют технологии производства и металлургические особенности материала колец. Материал кольца должен иметь низкий коэффициент трения, хорошие характеристики против заедания и низкий коэффициент износа.

Одним из первых эффективных материалов, использованных для поршневых колец, был ковкий чугун. Он сочетается с чугуном, используемым в блоках цилиндров, а его пористая структура позволяет ему удерживать масло, уменьшая износ. Широко используется также производная от ковкого чугуна, известная как пластичный чугун. Он обладает большинством качеств чугуна, а кроме этого, он может упруго деформироваться, что облегчает установку колец.

Эти кольца вполне приемлемы для использования, но форсированные двигатели требуют большего, чем быть просто приемлемыми. Так как уровень требований с годами возрастает, то были найдены другие, более эффективные (и более дорогие) материалы. Одним из первых было нанесение слоя хрома на чугун. Эти кольца не используют обычный полированный хром, который применяется для бамперов и колпаков колес, а обрабатываются твердым хромом. Эти кольца были впервые использованы в самолетостроении, где они были необходимы для того, чтобы найти материал, который будет противостоять истиранию и заеданию даже при очень высоких температурах поверхности и высоких давлениях. Также твердый хром очень устойчив к износу. Хромированные кольца имеют один недостаток: так как они являются очень твердыми; конструкторы двигателей должны использовать точные технологии обработки отверстий цилиндров, чтобы добиться оптимальной работы.

Поршневые кольца, сделанные из нержавеющей стали, являются усовершенствованием хромированных чугунных колец. По сути, нержавеющая сталь является материалом, в который входит большое количество хрома. И нет ничего странного в том, что такие кольца имеют свойства, аналогичные свойствам хромированных колец. Нержавеющая сталь также имеет способность противостоять высокой температуре, превосходящую хромированный чугун.

При попытках увеличения срока службы колец и обеспечения быстрой их приработки, были созданы молибденовые кольца. Такое кольцо является обычно кольцом с основой из чугуна с молибденовым покрытием поверхности. Молибден обладает многими противоизносными свойствами хрома, а в некоторых случаях он может иметь даже большую сопротивляемость износу. С течением времени молибденовые кольца стали, вероятно, основными в форсированных двигателях, так как они долговечные, относительно легко прирабатываются и более надежные.

Если вы рассчитываете на установку качественного набора колец на форсированный двигатель, надо иметь в виду несколько важных фактов для обеспечения долгой службы. В частности, на срок службы колец существенно влияет ширина колец. Узкие кольца стремятся обеспечить более качественное уплотнение при начальной приработке, но их недостатком является поверхность, которая изнашивается скорее. Таким образом, для форсированного двигателя обычного автомобиля нет смысла использовать кольца, которые уже, чем нужно. Большинство двигателей, работающих с оборотами, не превышающими 6.500 об/мин, будут работать хорошо в указанных условиях с первым и вторым компрессионными кольцами стандартной ширины. Для форсированных двигателей, работающих с оборотами, превышающими 6.000 об/мин и даже 7.000 об/мин, обычно используется верхнее компрессионное кольцо шириной 1,59 мм. Более тонкие кольца можно рассматривать как вариант только в тех случаях, когда характеристики двигателя более важны, чем долгий срок службы.

Даже если ожидаемый срок службы тонких колец может быть менее 30% от срока службы широких колец, то вы увеличите срок службы колец до желаемого и можете даже получить некоторое увеличение мощности, если приобретете специальные кольца. К сожалению, эти кольца недешевы, но их качество находится на высшем уровне. Специальные тонкие кольца производятся с различной шириной и из различных материалов, поэтому при покупке и заказе нужно четко представлять себе требования к кольцам. Если вам удастся найти правильную комбинацию, особенно, если вы подберете нужные высококачественные кольца из нержавеющей стали, используемые в авиационных двигателях для работы на высоких оборотах, то это обеспечит лучшие характеристики, чем те, которые может предложить обычная технология.

Конструкция верхних компрессионных колец

Материал поршневого кольца не является единственным критерием, который определяет, насколько хорошо будет работать кольцо в нормальных условиях и в условиях гонок (при высоких нагрузках). Общая конструкция кольца и его расположение на поршне также являются очень важными. Существует много конфигураций верхнего компрессионного кольца и различия между некоторыми из них очень 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 (рабочей) 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. Фаска уменьшает небольшие напряжения вдоль внутреннего края и позволяет кольцу неравномерно «ослабиться», приводя к тому, что кольцо деформируется на 0,025 — 0,05 мм, вызывая требуемое перекручивание. Перекрученные кольца имеют все признаки обычных «плоских» колец, но разница очень незначительна.

Другим важным типом компрессионного кольца, хотя и не такого, как обычное плоское или перекрученное кольцо, является поршневое кольцо с L-образным участком, чья способность к уплотнению зависит от усилия, развиваемого давлением газов, действующих на заднюю сторону большого выступа в форме буквы «L». Только эти кольца развивают дополнительное усилие, прикладываемое к стенкам цилиндров, когда в цилиндре имеется высокое давление, например, в такте сжатия и особенно в момент после сгорания рабочей смеси. Конечно, когда высокого давления в цилиндре нет, кольцо ослабляется, уменьшая трение и износ.

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. Однако, 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, которая получила большое развитие с 60-х годов. Используемый здесь термин «без зазора» в чем-то неправильный, т. к. вообще невозможно изготовить кольцо полностью без зазора — его будет невозможно установить на поршень, и кольцо будет нерегулируемым даже при самых малых отклонениях формы отверстия цилиндра от окружности. Не обращая внимания 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 в той или иной степени от того, как работают другие кольца. Если верхнее компрессионное кольцо обеспечивает качественное уплотнение, то беззазорное второе компрессионное кольцо менее важно. Однако, в реальности дело обстоит не так и второе беззазорное компрессионное кольцо может быть реальным средством при получении большей мощности на коленчатом валу, не допуская «вылетания» этой мощности в трубку для вентиляции картера двигателя.

Маслосъемные кольца также очень важны для функционирования форсированных двигателей, особенно при использовании низкооктанового топлива. Моторное масло, которое остается в камере сгорания, будет уменьшать октановое число топлива, что может привести к детонации. Оно также может загрязнять камеры сгорания и головки поршней, что обязательно вызовет снижение мощности двигателя.

Предполагая, что технология производства, материал и упругость колец правильные, «секрет» качественного маслосъемного кольца состоит в правильной поддержке верхней и нижней рабочих кромок центральным разделителем (расширителем). Некоторые маслосъемные кольца невысокой стоимости, однако, используют волнообразные разделители верхней и нижней кромок. Такой метод не обеспечивает правильной опоры для кромок. Когда обороты двигателя увеличиваются, силы инерции стремятся выпрямить волнообразный разделитель, что позволяет всему кольцу болтаться вверх-вниз и вкручиваться внутрь канавки. Когда это происходит, масло проходит поверх кромок; отсюда следует такое правило: не используйте маслосъемные кольца с волнообразным разделителем.

Новые кольца люфтят в канавках новых поршней.

скоро нужно блок мне ремонтировать, купил новые поршня и кольца, и вот одно компрессионное кольцо тоньше чем канавка поршня на 2 десятки где-то, запчасти все по оригинальным номерам покупал, что делать не пойму, ставить так нельзя. 25190026-поршни, 25190067-кольца

Alex-Pilot
Спонсор форума

Регистрация 30.11.2013 Сообщения 3 867 Откуда Калининград У меня Lada Largus

Ну совсем плотно кольцо на поршень никак не встанет, в любом случае шевелиться в канавке кольца должны. А какой пробег у авто ?

Mesnikbru
новичок

Регистрация 24.06.2017 Сообщения 17 Откуда Санкт-Петербург

Ну совсем плотно кольцо на поршень никак не встанет, в любом случае шевелиться в канавке кольца должны. А какой пробег у авто ?

У меня одно шевелится как должно быть, а одно болтается как в проруби.110 тыс, может скручен .

Alex-Pilot
Спонсор форума

Регистрация 30.11.2013 Сообщения 3 867 Откуда Калининград У меня Lada Largus
Видать брак попался.

Mesnikbru
новичок

Регистрация 24.06.2017 Сообщения 17 Откуда Санкт-Петербург
Видать брак попался.
Поршня бы где найти бушные с кольцами, промерять.

Alex-Pilot
Спонсор форума

Регистрация 30.11.2013 Сообщения 3 867 Откуда Калининград У меня Lada Largus
Старые наверное остались ?

Mesnikbru
новичок

Регистрация 24.06.2017 Сообщения 17 Откуда Санкт-Петербург
Старые наверное остались ?
Я свою ещё не разобрал, масло подливаю и езжу. Ну и поршня стучат.

Alex-Pilot
Спонсор форума

Регистрация 30.11.2013 Сообщения 3 867 Откуда Калининград У меня Lada Largus
Только разбирать и сравнивать. Машина довольно молодая, на разборках таких мало.

DED53
почетный джентравод

Регистрация 12.03.2015 Сообщения 1 438 Откуда Романово Алтай У меня лада Веста

скоро нужно блок мне ремонтировать, купил новые поршня и кольца, и вот одно компрессионное кольцо тоньше чем канавка поршня на 2 десятки где-то, запчасти все по оригинальным номерам покупал, что делать не пойму, ставить так нельзя. 25190026-поршни, 25190067-кольца

по идее цилиндрам и поршням ни чего не делается (если двиг. не поджарили), кольца поменяй и все

Alex-Pilot
Спонсор форума

Регистрация 30.11.2013 Сообщения 3 867 Откуда Калининград У меня Lada Largus

DED53, здрасти приехали, изнашивается все: цилиндр, поршень, кольца. Сначала сделать замеры цилиндров, после этого уже решать гильзовать или нет так как ремонтных размеров поршней и колец на наш мотор нет.

Поделиться:

Новые сообщения

  • Последнее: Pioneer Star
  • 21 мин. назад
  • Последнее: gentravod152
  • Сегодня в 01:44
  • Последнее: andreypavshukov
  • Вчера в 23:07
  • Последнее: Alex-Pilot
  • Воскресенье в 23:49
  • Последнее: Стерля
  • Воскресенье в 09:58

Поделиться этой страницей

Партнеры

  • Главная
  • Форум
  • Ravon Gentra | Форум Gentra Club
  • Обслуживание Daewoo Gentra: эксплуатация и ремонт
  • Двигатель и топливная система

© Gentra Club 2013-2024. 18+ Использование любой информации возможно только при размещении гиперссылки на клубный сайт — https://gentra-club.ru . Данный сайт является частным и не имеет никакого отношения к компаниям АО «Uzavto Motors» и RAVON MOTOR RUS

Форум Gentra Club создан для общения владельцев автомобиля Дэу Джентра (Равон Джентра). Никакой рекламы марки, только «живое» общение людей, владеющих данных автомобилем. Регистрируйтесь, делитесь впечатлениями, опытом владения, вливайтесь в дружный коллектив владельцев Daewoo Gentra, мы всегда рады новым пользователям! Присоединяйтесь!

Кольца поршневые: герметичность и смазка цилиндро-поршневой группы

В любом современном поршневом моторе присутствуют детали, обеспечивающие герметичность камеры сгорания и смазку цилиндров — поршневые кольца. Все о поршневых кольцах, их существующих типах, конструктивных особенностях и работе, а также о верном подборе и замене колец — читайте в предложенной статье.

Что такое поршневые кольца?

Поршневые кольца — детали цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) двигателя внутреннего сгорания; металлические разъемные кольца, устанавливаемые на поршни с целью герметизации камеры сгорания, сокращения потерь моторного масла и минимизации количества поступающих в картер отработавших газов.

Для нормальной работы поршневого ДВС критически важно, чтобы в камере сгорания в конце такта сжатия (при достижении поршнем верхней мертвой точки) создавалось давление, превышающее некоторый минимальный уровень — данный параметр называется компрессией. Для бензиновых моторов компрессия лежит в пределах 9-12 атмосфер, для дизельных агрегатов этот параметр составляет 22-32 атмосферы. Для достижения необходимой компрессии следует обеспечить герметизацию камеры сгорания — эта задача решается поршневыми кольцами.

Поршень и поршневые кольца

Поршень и поршневые кольца

Поршневые кольца выполняют несколько ключевых функций:

  • Герметизация камеры сгорания — размер кольца подбирается точно по внутреннему диаметру цилиндра, что предотвращает прорыв газов из камеры сгорания в картер;
  • Снижение сил трения — площадь трения колец о стенки цилиндра значительно меньше площади поршня, что снижает потери на трение деталей ЦПГ;
  • Компенсация температурного расширения материалов ЦПГ — поршни и цилиндры изготавливаются из различных сплавов, имеющих неодинаковые коэффициенты температурного расширения, введение колец предотвращает заклинивание поршней и изменение компрессии при росте и падении температуры двигателя;
  • Смазка стенок цилиндра и удаление излишков масла (что предотвращает его попадание в камеры сгорания и сокращает потери масла на угар) — кольца специальной конструкции обеспечивают съем со стенок цилиндра образующихся во время работы двигателя излишков масла, но оставляют необходимую для снижения трения масляную пленку;
  • Охлаждение стенок поршня — часть тепла от поршня отводится на стенки цилиндра через кольца.

Легко заметить, что поршневые кольца играют важнейшую роль в работе ЦПГ и функционировании всего силового агрегата. Любые неисправности и износ колец проявляются потерей мощности двигателя и общим ухудшением его работы, поэтому данные детали подлежат замене. Но прежде, чем покупать или заказывать новые кольца, следует разобраться в существующих типах этих деталей, их конструкции и особенностях работы.

Типы, конструкция и принцип работы поршневых колец

На одном поршне устанавливаются кольца двух типов:

  • Компрессионные (верхние);
  • Маслосъемные (нижние).

Все кольца располагаются в поперечных канавках (выточках) прямоугольного профиля, выполненных ближе к днищу поршня. Кольца различных типов отличаются конструкцией и назначением.

Компрессионные кольца обеспечивают герметизацию камеры сгорания, на одном поршне может устанавливаться одно, два или три кольца (одно — на двухтактных ДВС мототехники, два — на большинстве современных четырехтактных моторах, три — на некоторых дизелях), они располагаются в верхней части поршня. Конструктивно компрессионные кольца очень просты: это металлическое разъемное кольцо, разрез которого выполнен в виде замка простой (прямой, косой) или сложной формы, на некоторых кольцах в замке предусмотрена выемка под стопор. В замке предусмотрен небольшой зазор (несколько микрометров), который служит для компенсации температурного расширения детали во время работы двигателя.

Кольца изготавливаются из стали или специальных марок чугуна, их наружная (рабочая) поверхность может иметь различный профиль:

  • Простой плоский — в этом случае кольцо имеет прямоугольное сечение или сечение в виде неправильного четырехугольника;
  • Радиусный (бочкообразный) — наружная поверхность кольца представляет собой дугу окружности большого радиуса;
  • С фаской — на наружной поверхности выполнена фаска небольшой высоты;
  • «Минутные» кольца — наружная поверхность имеет наклон к верхней части, угол наклона составляет несколько десятков минут дуги, за счет чего кольца и получили свое название.

Плоский профиль имеют верхние компрессионные кольца, которые вынуждены работать при высоких температурах и давлениях в условиях недостаточной смазки. Для уменьшения износа рабочая поверхность детали подвергается хромированию, фосфатированию, покрытию оловом или другой обработке. Такое кольцо во время работы полностью прилегает к зеркалу цилиндра, обеспечивая уплотнение и отвод тепла от поршня.

Поршневые кольца и схема их действия

Поршневые кольца и схема их действия

Нижние кольца часто имеют более сложный профиль. Бочкообразные кольца оказывают меньшее сопротивление трению при сохранении достаточной степени герметизации. «Минутные» кольца за счет наклона рабочей поверхности снижают силы трения: при движении поршня вниз (на рабочем ходе) кольцо скользит по зеркалу цилиндра своей заостренной гранью, а при движении вверх кольцо за счет образующегося масляного клина отжимается от зеркала цилиндра.

Маслосъемные кольца обеспечивают правильное распределение масляной пленки по поверхности цилиндра и предотвращают попадание масла в камеру сгорания (осуществляют его съем с зеркала цилиндра). На одном поршне используется только одно кольцо, на поршнях двухтактных двигателей этих деталей нет (так как масло добавляется непосредственно в бензин). Обычно маслосъемные кольца имеют составную конструкцию, в которую входят собственно кольца и расширители.

Маслосъемные кольца бывают:

  • Цельные — кольцо П-образного профиля, обращенное основанием к поршню. В основании выполнен ряд круглых или удлиненных отверстий, через которые осуществляется сток масла;
  • Составные — используется два тонких (разрезных) кольца, между которыми располагается распорный элемент.

Распорные элементы бывают:

  • Радиальные — обеспечивают прижим колец к стенке цилиндра;
  • Осевые — используются только вместе с составными кольцами, обеспечивают разжим колец;
  • Тангенциальные — комбинированные распорные элементы, обеспечивают одновременный разжим колец и их прижим к стенке цилиндра.

В качестве распорных элементов выступают пластинчатые (плоские) или витые пружины, вкладываемые между или под кольцами, в маслосъемном кольце может использоваться только одна или сразу две пружины различных типов.

Маслосъемное кольцо прижимается к стенке цилиндра и за счет своей конструкции обеспечивает съем излишков масляной пленки. Собранное масло через отверстия в кольце поступает в канавку, откуда через отверстия в стенке поршня сливается в картер двигателя. При этом часть масла остается в виде тонкой масляной пленки на стенке цилиндра, которая обеспечивает снижение трения во всей ЦПГ.

Как правильно выбрать и заменить поршневые кольца

Во время работы двигателя поршневые кольца подвергаются значительным механическим и тепловым нагрузкам, что приводит к их постепенному износу и потере рабочих характеристик. По мере износа кольца перестают выполнять свои функции, что приводит к снижению компрессии, просачиванию газов в картер и масла в камеру сгорания. Также серьезной проблемой является «закоксовка» колец (заклинивание вследствие накопления нагара в канавках поршня). В результате двигатель теряет мощность и приемистость, выхлоп приобретает характерный сизый или даже черный оттенок, а расход топлива и масла возрастает. При появлении указанных признаков необходимо провести диагностику двигателя — проверить компрессию, осмотреть свечи и некоторые другие детали. Если компрессия слишком низкая, свечи забрызганы маслом и наблюдаются проблемы с работой силового агрегата, то поршневые кольца необходимо заменить.

На замену следует выбирать кольца только тех типов и каталожных номеров, что предусмотрены для данного конкретного двигателя. При этом следует учитывать, что после выполнения капитального ремонта двигателя с расточкой цилиндров необходимо использовать кольца ремонтного размера, подходящие к новым поршням.

Замена колец должна выполняться в соответствии с инструкцией по ремонту силового агрегата. В общем случае эта работа требует разборки двигателя и выемки поршней. Старые кольца удаляются, а канавки подвергаются тщательной очистке. Новые кольца должны ставиться в соответствии с указаниями нанесенных на них меток «Верх» или «Up». При установке колец проверяются зазоры между боковой поверхностью детали и стенкой канавки в поршне, а также и в замке вставленного в цилиндр кольца. Все зазоры должны лежать в установленных для мотора пределах. Кольца располагаются на поршне так, чтобы их замки не лежали на одной линии и не попадали на ось отверстий пальца — так образуется лабиринт, препятствующий прорыву газов из камеры сгорания.

При монтаже поршня с новыми кольцами в цилиндр следует использовать специальную оправку, которая прижимает кольца к поршню. После замены поршневых колец рекомендуется выполнить обкату двигателя — первые 800-1000 км не завышать обороты и нагружать мотор в половину мощности, по завершению обкатки следует поменять моторное масло.

При верном выборе и замене поршневых колец двигатель вновь приобретет былую мощность и будет уверенно работать на всех режимах.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *