Поршневые кольца

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 воспринимаемого днищем поршня тепла и препятствуют проникновению масла из картера двигателя внутрь цилиндров. 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 кольца. Компрессионные поршневые кольца работают в очень тяжелых условиях, они подвергаются воздействию высоких температур, работают в условиях полужидкостного трения с большой переменной скоростью скольжения, а так же испытывают воздействие значительных сил давления газов, внутренних сил упругости и сил трения.

Компрессионные кольца должны предотвратить попадание отработавших газов из камеры сгорания в кривошипную камеру. 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 при помощи 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 расширяются, вследствие чего их давление и скорость истечения снижаются.

Маслосъемные кольца. Целью их работы является максимальное уменьшение расхода масла, при постоянной и достаточной смазке деталей скольжения и одновременно минимальная газопроницаемость. Вследствие насосного действия компрессионных колец, а так же разряжения в цилиндре во время всасывания в камеру поступает масло, где оно частично сгорает.

Маслосъемные кольца снимают лишнее масло со стенок цилиндров и предотвращают по мере возможности попадание смазочного масла в камеру сгорания.

Компрессионно-маслосъемные кольца (комбинированные). Компрессионно-маслосъемные кольца совмещают в себе основную функцию компрессионных и маслосъемных колец, это означает, они в основном предотвращают попадание отработавших газов в кривошипную камеру и снимают лишнее масло со стенки цилиндра. 

 

Конструкция и форма поршневых колец

Схематичное изображение колец	Расшифровка конструктивных особенностей поршневых колец
	R — Цилиндрическое компрессионное поршневое кольцо   ET — Полутрапециевидное компрессионное поршневое кольцо   T — Трапециевидное компрессионное поршневое кольцо 6º/15
	M — Коническое поршневое компрессионное кольцо   SM — Коническое поршневое компрессионное кольцо с уменьшенным углом наклона рабочей поверхности   N — Скребковое компрессионное поршневое кольцо   NM — Скребковое коническое компрессионное поршневое кольцо
	S — Маслосъемное поршневое коробчатое кольцо с прорезями
	G — Маслосъемное поршневое коробчатое кольцо с параллельными фасками
	D — Маслосъемное поршневое коробчатое кольцо со сходящимися фасками
	SSF — Коробчатое прорезное маслосъемное поршневое кольцо
	GSF — Маслосъемное коробчатое поршневое кольцо с параллельными фасками с витым пружинным расширителем
	DSF — Маслосъемное коробчатое поршневое кольцо со сходящимися фасками и витым пружинным расширителем
	SLF — Маслосъемное поршневое кольцо со стальными пластинами
	UF — U-образное пружинное маслосъемное поршневое кольцо
	SEF — Маслосъемное поршневое коробчатое кольцо с прорезями и с расширителем
	FF — Фасонное эластичное маслосъемное поршневое кольцо

 

Поршневое кольцо: термины

     

1. Зазор в замке ненапряженного поршневого кольца
2. Стыковые концы
3. Спинка кольца (напротив стыковых концов)
4. Рабочая поверхность кольца
5. Боковая поверхность кольца
6. Внутренняя поверхность кольца
7. Тепловой зазор (зазор в холодном состоянии)
8. Диаметр цилиндра
9. Радиальная толщина стенки
10. Осевой зазор
11. Высота поршневого кольца
12. Диаметр цилиндра
13. Внутренний диаметр канавки
14. Высота канавки
15. Радиальный зазор

 

Материалы для изготовления поршневых колец:

Сокращение	Наименование
CK	Рабочая поверхность из хрома — керамики
CR	Рабочая поверхность хромированная
FX	Рабочая поверхность феррооксидированная
MO	Рабочая поверхность молибденированная
NT	Рабочая поверхность нитрированная
PC	Рабочая поверхность с плазменным покрытием

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.

 

Компрессионные кольца, маслосъемные кольца и маслосъемные кольца

Типы поршневых колец

Поршневые кольца играют очень важную роль в двигателях внутреннего сгорания. Они должны поглощать давление сгорания, охлаждать поршень, удерживать масло в картере и обеспечивать масляную пленку на стенке цилиндра. Большинство современных четырехтактных двигателей обычно оснащены тремя поршневыми кольцами на цилиндр. Первое кольцо задерживает дымовые газы. Второе кольцо помогает удерживать продукты сгорания, а также соскребает масло вниз. Третье кольцо удерживает масло там, где оно должно быть.

Скачать брошюру о поршневых кольцах

Загрузите брошюру, в которой вы найдете все о наших поршневых кольцах. Вы можете больше узнать о функциях поршневых колец в брошюре, где представлен обширный обзор всех типов поршневых колец, типов замков, опций и покрытий.

Скачать брошюру

Обзор всех типов поршневых колец

9016

Компрессионные кольца
Type	Section (click on the image to enlarge)	Description
C1		Rectangular compression ring
C2		Taper faced compression ring
C3		Компрессионное кольцо с внутренней фаской
C4		Компрессионное кольцо с внутренней ступенчатостью
C5		Ridge dodger ring
C6		Keystone compression ring
C7		Half-keystone compression ring
C8		Taper faced scraper ring
C9		Цилиндрическое компрессионное кольцо
CL		Г-образное кольцо
Scraper rings
Type	Section (click on the image to enlarge)	Description
S11		Napier ring
S13		Коническое уплотнительное кольцо

Масляные кольца
6 Тип 0023 Section (click on the image to enlarge)	Description
O21		Oil control ring
O23		Double-beveled oil control ring
O25		Маслосъемное кольцо с двойной фаской
WO21		Маслосъемное кольцо с кольцевой нагрузкой и прорезями
WO23		0026	Coil ring-loaded beveled-edge oil control ring
WO25		Coil ring-loaded beveled-edge oil control ring
3XO		3-piece oil control ring

Стандарты поршневых колец

Обзор стандартов, используемых для различных типов поршневых колец:

• DIN 24910: поршневые кольца для промышленного применения 18–1000 мм
• DIN 34110: компрессионные кольца для промышленного применения 18–1200 мм
• VDMA 24910: Кольца поршневые со ступенчатой ​​насечкой для промышленного применения 18–1000 мм
• DIN 70 910–70 916: Кольца компрессионные для автомобилей 30–200 мм
• DIN 70 930: Кольца компрессионные для автомобилей 30–200 мм
• DIN 70 946–70 948: Маслосъемные кольца для автомобилей 30–200 мм
• ISO 6621–6624: Компрессионные кольца для двигателей внутреннего сгорания 30–200 мм
• ISO 6625–6627: Маслосъемные кольца для двигателей внутреннего сгорания 30–200 мм

Нужны нестандартные поршневые кольца?

В случае особого применения необходимые поршневые кольца могут отсутствовать на складе. Мы также предлагаем варианты специально изготовленных поршневых колец любого желаемого размера и дизайна. Сроки доставки возможны от 24 часов.

Свяжитесь с нами

Загрузить брошюры

Поршневые кольца авиационных поршневых двигателей Тип и конструкция

Поршневые кольца предотвращают утечку давления газа из камеры сгорания и сводят к минимуму просачивание масла в камеру сгорания. [Рисунок 1] Кольца входят в поршневые канавки, но выпружиниваются, прижимаясь к стенкам цилиндра; при правильной смазке кольца образуют эффективное газовое уплотнение.

Рисунок 1. Механически обработанные кольца вокруг поршня

Конструкция поршневых колец

Большинство поршневых колец изготавливаются из высококачественного чугуна. [Рисунок 2] После изготовления колец их шлифуют до желаемого поперечного сечения. Затем они разрезаются так, чтобы их можно было надеть на внешнюю часть поршня и в кольцевые канавки, которые выточены в стенке поршня. Поскольку их целью является герметизация зазора между поршнем и стенкой цилиндра, они должны достаточно плотно прилегать к стенке цилиндра, чтобы обеспечить газонепроницаемость. Они должны оказывать одинаковое давление во всех точках стенки цилиндра и должны плотно прилегать к краям кольцевых канавок. 9Рис. 2. Поршневой узел и типы поршней В некоторых двигателях в верхней канавке компрессионного кольца используются хромированные поршневые кольца из мягкой стали, поскольку эти кольца могут лучше выдерживать высокие температуры, присутствующие в этой точке. Хромированные кольца должны использоваться со стальными стенками цилиндров. Никогда не используйте хромированные кольца на хромированных цилиндрах.

Компрессионное кольцо

Целью компрессионных колец является предотвращение утечки продуктов сгорания через поршень во время работы двигателя. Они размещаются в кольцевых канавках 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

Масляные кольца устанавливаются в канавках непосредственно под компрессионными кольцами и над отверстиями поршневых пальцев. На поршень может быть одно или несколько маслосъемных колец; два кольца могут быть установлены в одну канавку или в отдельные канавки. Масляные кольца регулируют толщину масляной пленки на стенке цилиндра. Если в камеру сгорания попадает слишком много масла, оно сгорает и оставляет толстый слой нагара на стенках камеры сгорания, головке поршня, свечах зажигания и головках клапанов.