Как определить размер поршневых колец. Поршневые кольца двигателя

Поршневые кольца

При изучении принципов работы двигателя внутреннего сгорания отмечалось, что скользящее соединение между поршнем и цилиндром герметично, то есть газы, находящиеся под давлением в надпоршневом пространстве, не проникают между поршнем и стенками цилиндра в картер двигателя. Обеспечить приемлемую герметичность основное предназначение поршневых колец. При этом необходимо отметить, что незначительная часть газов из камеры сгорания всё равно проникают во внутренне пространство картера даже нового, вполне исправного, двигателя. Уплотнение при помощи поршневых колец в технике называется уплотнением лабиринтного типа, в уплотнениях подобного типа всегда происходит некоторая утечка газов. Но эта утечка на исправном двигателе обычно лежит в диапазоне 0,5 – 1,0%.

Находящиеся в картере двигателя газы называются картерными газами. По мере износа цилиндропоршневой группы двигателя количество картерных газов увеличивается.

Кроме уплотнения поршневые кольца выполняют ещё две задачи. Регулируют количество масла на стенках цилиндра, необходимого для смазывания, как самих колец, так и поршня, и отводят тепло от поршня к стенкам цилиндра.

Предназначение поршневых колец:

1. Обеспечение герметичности между поршнем и стенками цилиндра.
2. Регулирование количества масла, необходимого для смазывания соединения поршня и цилиндра, и предотвращения попадания масла в камеру сгорания двигателя.
3. Отвод тепла от поршня к стенкам цилиндра.

Эти три задачи поршневые кольца выполняю в очень тяжёлых условиях под воздействием высоких тепловых и механических нагрузок. Тепловое напряжение поршневых колец возникает под воздействием горячих рабочих газов и под воздействие трения колец о стенки цилиндра, происходящего в условиях масляного голодания в верхней части поршня.

Успешное решение этих задач решается как за счёт конструкции колец, так и правильного подбора материала изготовления колец.

Тип колец

Поршневые кольца делятся на два типа:

1. Компрессионные
2. Маслосъёмные.

Поршневые кольца - схема

1.1. Молибденовая противоизносная вставка

1. Второе компрессионное кольцо
2. Маслосъёмное кольцо

3.1. Верхняя маслосъёмная пластина

3.2. Тангенциальный расширитель

3.3. Нижняя маслосъёмная пластина

Поршень с поршневыми кольцами

Фотография разреза поршня современного бензинового двигателя с установленным на него типичным комплектом поршневых колец в соответствии со схемой, данной на верхнем рисунке.

Компрессионные кольца обеспечивают необходимую герметичность, а маслосъёмные кольца регулируют количество масла на стенках цилиндра. Именно регулируют, а не полностью удаляют, поскольку полное или слишком большое удаление масла приведёт к масляному голоданию соединения поршня со стенками цилиндра в верхней части поршня и последующему заклиниванию поршня в цилиндре.

Ранее двигатели были тихоходными, и количество поршневых колец на одном поршне доходило до 5 – 7. Но почти все современные бензиновые двигатели и быстроходные автомобильные дизельные двигатели имеют на одном поршне всего три поршневых кольца – два компрессионных кольца и одно маслосъёмное.

Хотя поршни двигателей форсированных спортивных автомобилей, постоянно работающие на высоких оборотах, могут иметь всего два кольца. А поршни дизельных автомобильных двигателей, для облегчения запуска, могут иметь четыре кольца, три из которых компрессионные.

Некоторая терминология

1. Концевой зазор в свободном состоянии
2. Концевой зазор в сжатом состоянии
3. Торсионная закрутка кольца после сжатия

Поршневые кольца - терминология

Пошневые кольца - терминология

Компрессионные поршневые кольца

Первое (верхнее) компрессионное кольцо

Верхнее компрессионное кольцо

Кольцо, установленное в канавку поршня, находящегося в цилиндре двигателя, должно принять абсолютно круглую форму (это выполняется, если сама гильза цилиндра не имеет деформаций) и быть прижатым к поверхности цилиндра по всей наружной окружности поршневого кольца. Для обеспечения этого, упругое поршневое кольцо изготавливается не в виде правильной окружности, а в виде дуги переменного радиуса, большего, чем диаметр цилиндра и имеющее в свободном состоянии достаточно больший зазор (1) между концами кольца. При установке в цилиндр кольцо сжимается и зазор (2) в замке кольца становится 0,15 ÷ 0,5 мм. Точное и максимально допустимое значение этого зазора указывается в технической документации двигателя. Обеспечение регламентированной величины зазора очень важно, увеличенный зазор способствует прорыву газов в картер двигателя и снижению мощности. Но ещё опасней уменьшенный зазор в замке поршневого кольца. Во время работы, в результате нагрева кольцо расширяется и при уменьшенном зазоре может произойти заклинивание поршневого кольца в цилиндре, что приведёт к образованию задиров на зеркале цилиндра, поломке межкольцевых перегородок поршня или поломке самого кольца. Поэтому допустимо небольшое увеличение зазора, но недопустимо уменьшение зазора в замке поршневого кольца.

Ведущие производители поршневых колец производят кольца с постепенно уменьшающимся через 0,1 мм зазором, таких подбираемых размеров может быть до 15.

Отсутствие концевого зазора при одновременном уменьшении высоты кольца

Беззазорное поршневое кольцо

Некоторые производители поршневых колец выпускают «беззазорные» поршневые кольца. Разумеется, невозможно изменить природное свойство металлов к расширению при повышении температуры, кольцо, установленное в цилиндр двигателя без зазора, обязательно заклинит. Но многое можно решить за счёт удачной конструкции. В этом случае поршневое кольцо состоит из двух плоских колец, установленных друг на друга и повёрнутых относительно друг друга на 180º. При этом верхнее кольцо имеет форму буквы « L », а нижнее кольцо вставлено в выемку верхнего кольца, за счёт чего высота такого кольца получается не более высоты стандартного кольца.

Когда-то замки поршневых колец старых тихоходных двигателей, для уменьшения прорыва газов через замок кольца имели сложную форму, но в современных высокооборотных двигателях прорыв газов через замок кольца незначителен. Поэтому современные кольца имеют только прямоугольную форму замка.

Замки поршневых колец

Правильная установка поршневых колец

Переменный радиус дуги поршневого кольца берётся не произвольно, а рассчитывается для обеспечения необходимой эпюры силы прижатия кольца к стенкам цилиндра. Во время работы поршневое кольцо изнашивается неравномерно. В результате экспериментов определено, что наиболее интенсивно кольцо изнашивается в районе замка. Поэтому первоначальное увеличение силы прижатия кольца в зоне замка увеличивает срок службы кольца.

Но точно рассчитанная эпюра усилий кольца может измениться в результате непрофессиональной установки кольца на поршень. Современные, очень тонкие компрессионные поршневые кольца не допускается устанавливать на поршень руками. Для этого необходимо использовать специальное приспособление, обеспечивающее равномерное разжатие кольца по всей окружности и ограничение максимального разжатия.

Приспособления для установки поршневых колец

Установка кольца руками, с увеличенным и неравномерным расжатием, значительно сокращает срок службы кольца.

Прижатие компрессионных колец к стенкам гильзы цилиндра

Прижатие поршневых колец

На этом рисунке видно, что газы из камеры сгорания через зазор между жаровым поясом поршня и стенкой цилиндра и через зазор между стенкой перегородки и поршневым кольцом попадают во внутреннюю полость поршневого кольца. При этом давление во внутренней полости верхнего компрессионного кольца практически равно давлению в камере сгорания.

За счёт давления газов на внутреннюю поверхность кольца происходит дополнительное прижатие поршневого кольца к стенкам цилиндра. Некоторая часть газов также попадает во внутреннюю полость второго компрессионного кольца. Поскольку первое компрессионное кольцо дросселирует давление газов, давление во внутренней полости второго компрессионного кольца мотет быть равно 30 – 60%, от давления во внутренней полости первого компрессионного кольца.

С учётом того, что все процессы в двигателе происходят достаточно быстро, давление из внутренних полостей поршневых колец не падает до следующего такта рабочего хода, это явление называется аккумулированием давления. Аккумулирование давления обеспечивает приемлемую работу поршневых колец, частично потерявших свою упругость в результате старения или перегрева. Потерявшие упругость поршневые кольца будут удовлетворительно работать на режиме высоких нагрузок двигателя, но при работе двигателя в режиме низких нагрузок поршневые кольца не обеспечат необходимое уплотнение. Поэтому, исправными можно считать поршневые кольца серийного легкового автомобиля, обеспечивающие прижатие к стенкам цилиндра за счёт собственной упругости.

Некоторые производители поршневых колец заявляют, что до 90% усилия прижатия поршневых колец возникает за счёт давления рабочих газов двигателя. Возможно, кольца с подобными технически характеристиками подойдут только для специальных спортивных двигателей, постоянно работающих в диапазоне высоких оборотов и высоких нагрузок, Но вряд ли такое кольцо будет успешно работать в двигателе серийного автомобиля. Специально подготовленные поршневые кольца, как и многие другие детали двигателя, могут улучшить работу двигателя на строго определённых режимах оборотов и нагрузки. Но при этом значительно ухудшить работу двигателя на остальных режимах.

Очень важным эксплуатационным размером является боковой зазор между кольцом и канавкой поршня, поскольку именно от него зависит давление в поршневой канавке. В среднем этот зазор равен 0,04 ÷ 0,08 мм. От величины этого зазора также зависят ударные нагрузки на перегородки поршневых колец и, соответственно, шумность работы двигателя, возрастающие при увеличении зазора или вероятность заклинивания (потери подвижности) поршневых колец при уменьшении зазора.

Многие автомеханики считают, что поршни не подлежат дальнейшей эксплуатации по причине износа направляющей части (юбки) поршня, но обычно износ направляющей части поршня незначителен. Разумеется, если поршень не работал в режиме масляного голодания, и на поверхности поршня и стенок цилиндров не образовались задиры.

На самом деле поршень часто выбраковывается по причине недопустимого износа канавки верхнего компрессионного кольца.

Поршневые кольца - Высота поршневого кольца

При производстве и высота поршневых колец, и высота канавки поршня имеют некоторый разброс, поэтому, для обеспечения необходимого зазора, иногда бывает возможность подбора поршневого кольца необходимой высоты.

Второе компрессионное кольцо

Второе компрессионное кольцо

Конусное компрессионное кольцо

Форма второго компрессионного кольца отличается от формы первого компрессионного кольца. Иногда из-за своеобразной формы наружной поверхности второе компрессионное кольцо называется скребковым

Это кольцо работает не только как компрессионное, но и участвует в регулировании количества масла на стенках цилиндров, то есть частично выполняет задачу маслосъёмного кольца. Нижняя часть рабочей поверхности второго кольца изготавливается в виде скребка, который при перемещении поршня вниз снимает со стенок цилиндра лишнее масло. Нижнее компрессионное кольцо работает в значительно более лёгких условиях. И температура в зоне кольца и давление газов на кольцо (соответственно сила прижатия кольца к стенке цилиндра) значительно ниже по сравнению с подобными показателями, оказывающими воздействие на верхнее кольцо.

Оба компрессионные кольца допускается устанавливать только в одном положении. На верхней поверхности компрессионного поршневого кольца ставится метка «Т», «ТОР» или другие. Кольцо всегда устанавливается этой меткой вверх. Неправильно установленное поршневое кольцо, неправильно работает.

Маслосъёмные кольца

Маслосъёмное поршневое кольцо

Маслосъёмные кольца устанавливаются ниже компрессионных поршневых колец. На поршни двигателей современных легковых автомобилей устанавливается всего по одному маслосъёмному кольцу. Хотя старые двигатели, особенно предназначенные для стационарного применения, использовали по несколько маслосъёмных колец.

Маслосъёмные кольца предназначены для регулирования количества масла, находящегося на стенках цилиндра. Тут не очень подходит русская поговорка: «Кашу маслом не испортишь». Масла на стеках цилиндра должно быть не как можно больше, а ровно сколько необходимо. Недостаточное количество масла приведёт к масляному голоданию и, вследствие этого, к повышенному износу поршневых колец, поршня и поверхности цилиндра. В некоторых тяжёлых условиях работы двигателя при наличии масляного голодания могут произойти задиры в соединение поршня с цилиндром, и даже полное заклинивание поршня в цилиндре.

Так же нежелательно излишнее количество масла на стенках цилиндра. Лишнее масло, через компрессионные кольца попадает в камеру сгорания двигателя. Что приводит к повышенному расходу масла, образованию нагара на стенках камеры сгорания, клапанах и свече зажигания. Нагар от сгоревшего масла в камере сгорания и на клапанах значительно ухудшает некоторые технические характеристики двигателя. Во время работы двигателя система смазки разбрызгивает в нижней внутренней полости цилиндра большое количество смазки, необходимого для смазывания поршневого пальца и охлаждения поршня

При перемещении поршня вниз, маслосъёмное кольцо своими кромками собирает излишнее масло со стенок цилиндра и через дренажные отверстия в канавке поршня направляет его во внутреннюю полость поршня. Далее масло стекает в масляный поддон, возвращаясь в систему смазки двигателя.

Удаление масла

Масляный клин

Для надёжной работы двигателя на стеке цилиндра должен находится тонкий слой масла, установленной толщины. Слой масла зависит не только от маслосъёмного кольца, но и от качества обработки поверхностей, как самих стенок цилиндров, так и поршня. Иногда можно слышать мнение, что чем чище отполирована поверхность стенки цилиндра, тем меньше сила трения и тем лучше работает двигатель. На самом деле это не так. Существующие технологии позволяют создать поверхности цилиндра с очень высокой чистотой обработки, но на полированной поверхности не будет удерживаться масло.

При окончательной хонинговке отверстия цилиндра на его внутренней поверхности создаётся структура, позволяющая удерживать необходимое количество масла.

Сетка на поверхности гильзы цилиндра

Структура поверхности цилиндра.

Сначала осуществляется черновая хонинговка крупнозернистым хоном. Для создания необходимой структуры поверхности хон одновременно с вращательным движением осуществляет вертикальные возвратно-поступательные движения в результате на поверхности цилиндра образуются ромбы. После этого при помощи мягкого мелкозернистого хона делается плоская поверхность ромбов.

Поверхность юбки поршня

Поверхность юбки поршня не делается абсолютно гладкой. На поверхности поршня после механической обработки остаётся необходимая зернистость.

Если прижатие компрессионных поршневых колец, особенно верхнего, в основном, осуществляется за счёт давления рабочих газов, то маслосъёмные кольца должны обеспечивать прижатие за счёт собственной упругости. Это обеспечивается конструкцией маслосъёмных колец и подбора материалов, из которых изготовлены кольца.

По своей конструкции маслосъёмное кольцо сложнее компрессионного кольца. Маслосъемные кольца бывают коробчатой формы, имеющие две грани для соскабливания масла и внутренние щели для отвода масла к дренажным отверстиям поршня. В такие кольца часто вставляется пружинный радиальный расширитель, обеспечивающий необходимое прижатие маслосъёмного кольца к стенкам цилиндра. В этом случае с внутренней стороны кольца делается U -образная или V -образная проточка для спиральной пружины.

Коробчатые маслосъёмные кольца имеют специальные пазы, через которые собранные со стенок цилиндров масло, через отверстия в теле поршня, расположенные в канавке маслосъёмного кольца масло отводится во внутреннюю часть поршня.

Маслосъёмное кольцо со спиральным расширителем

1 – Без радиального расширителя

2 – С радиальным расширителем в виде спиральной пружины

3 – С радиальным расширителем в виде пластинчатой пружины

Коробчатые маслосъёмные кольца

Коробчатые (пазовые) маслосъемные кольца

Большое распространение получили составные маслосъёмные кольца, состоящие из нескольких частей. Такое кольцо обычно состоит из двух плоских стальных хромированных боковых пластин, наружные окружности которых и являются элементами, удаляющими масло со стенок цилиндра. Боковые пластины разжимаются при помощи радиального и осевого расширителей (экспандеров). Иногда эти два расширителя заменяются одним тангенциальным одновременно производящим и осевое и радиальное расширение маслосъёмного кольца. В двигателях серийных автомобилей наибольшее распространение получили трехкомпонентные маслосъёмные кольца, состоящие из боковых хромированных пластин и тангенциального расширителя. Составные маслосъёмные кольца с различными типами расширителей

Различные типы тангенциальных расширителей составных маслосъёмных колец

Составное четырёхкомпонентное кольцо

1. Верхняя плоская пластина
2. Осевой расширитель
3. Радиальный расширитель
4. Нижняя плоская пластина

Материалы поршневых колец

К материалам, из которых изготавливаются поршневые кольца, предъявляются очень высокие требования. Во время работы температура верхнего компрессионного кольца достигает 300º С. При этой температуре кольцо должно сохранять эластичность, обладать низким коэффициентом трения по материалу, из которого изготовлены стенки цилиндров, и иметь высокую износоустойчивость. До 50 ÷ 60% всех потерь на трение в двигателе приходится на трение между поршневыми кольцами и стенками цилиндра.

Обычно компрессионные поршневые кольца двигателей серийных автомобилей изготавливаются из специальных сортов прочного легированного чугуна, но в последнее время компрессионные кольца, особенно высокофорсированных двигателей, изготавливаются из стали. Для повышения износостойкости компрессионных колец на них рабочую поверхность наносится хромовое или молибденовое покрытие. Пористый хром, применяемый для покрытия поршневых колец, удерживает на своей поверхности необходимое количество масла. Эти покрытия имеют не только высокую износостойкость, но и уменьшенный коэффициент трения в паре с чугуном, из которого изготовлен блок цилиндров или вплавленные гильзы цилиндров алюминиевого блока. На поршневые кольца молибден наносится методом плазменного напыления.

Поскольку молибден достаточно дорогой металл, обычно он наносится только на верхнее компрессионное кольцо, при этом перед напылением молибдена на рабочей поверхности кольца делается тонкая пазовая проточка. По своим физическим качествам хромированные поршневые кольца несколько отличаются от поршневых колец с молибденовым покрытием.

Выпускают поршневые кольца нескольких номинальных размеров, на каждый из которых приходится 1-2 ремонтных. Одним из лучших материалов является специальный высокопрочный чугун с высокими противоизносными свойствами. Не все отечественные заводы используют этот материал, поэтому обратите внимание на него в первую очередь.

Маслосъемные кольца выпускаются хромированными и нехромированными. Третий тип – стальные кольца с пружинным элементом – выбирайте только для установки при ремонте двигателя. Они бывают только номинального размера. Хромированные кольца больше подходят для двигателей с повышенной степенью сжатия и с более нагруженными режимами работы. Чтобы отличить нехромированное кольцо от хромированного, обратите внимание на выступы. У нехромированных они несимметричны. А по цвету и те, и другие одинаковы.

Обратите внимание на расширительные пружины. Они должны иметь переменный шаг навивки витков и отшлифованную поверхность по наружному диаметру и торцам. Иные варианты колец могут либо быть подделкой, либо быть изготовлены на дешевом оборудовании и иметь низкий ресурс. Проверьте профиль и высоту выступов. Если они отсутствуют или едва заметны, значит кольца б/у.

На иномарках широко распространены стальные маслосъемные кольца ввиду их большого срока службы, меньшей массы и стоимости. При возможности (их применение ограничено), приобретите такие для своего отечественного автомобиля .

При выборе компрессионных колец определите на ощупь наличие фаски на одной или двух сторонах наружного диаметра кольца . Низкокачественные детали такой фаски не имеют. Еще одна особенность высококачественных запчастей – осветленные и закругленные торцы. Хромовое покрытие компрессионных колец создает матовый цвет. По нему отличите их от нехромированных колец, имеющих стальной блеск. Микрометром проверьте номинальный и ремонтный размер кольца , чтобы гарантированно обезопаситься от подделки .

Обратите внимание на маркировку колец. Заводская метка, обозначающая размер и фирму ставится автоматически в строго фиксированном месте. На подделке всегда имеются отклонения от установленного места. Кроме того, убедитесь, что кольца упакованы в фирменную упаковку в пакетики по 3 штуки. На пакетике должны быть указаны: номер комплекта, модель двигателя и размер колец. В коробочке должно быть количество цилиндрокомплектов-пакетиков, соответствующее количеству цилиндров двигателя, для которого они предназначены. Все надписи должны быть нанесены одним шрифтом, должен быть штамп ОТК, точки склеивания коробки находиться в строго определенных местах.

Для ориентировки в ассортименте поршневых колец используйте техническую документацию по ремонту и запасным частям двигателя. Там указаны необходимые размеры поршневых колец , требуемые для конкретного ремонта силового агрегата.

По назначению поршневые кольца разделяются на маслосъемные и компрессионные. Порыв газов из камеры сгорания в картер предотвращают компрессионные поршневые кольца. В свободном состоянии наружный диаметр кольца больше внутреннего диаметра цилиндра, поэтому часть кольца вырезана, этот вырез называется замком. Проникновению масла из картера в камеру сгорания препятствуют маслосъемные поршневые кольца. Основная их задача снимать излишки масла со стенки цилиндра. В отличие от компрессионных колец маслосъемные кольца имеют сквозные прорези, а устанавливают их ниже уровня компрессионных колец.

Использование узких поршневых колец является общим направлением в конструкциях высококачественных поршней. Тонкое кольцо будет уменьшать трение между поршневым кольцом и стенкой отверстия цилиндра, и предотвращать так называемую вибрацию колец на высоких оборотах двигателя. Но стоит отметить, что такие кольца из-за высоких рабочих температур и повышенных усилий, оказываемых на стенки, вызывают ускоренный износ цилиндров и лицевой поверхности самих колец (о компрессии двигателя читаем ).

Конструкция верхнего кольца является немаловажным фактором при использовании специальных поршней. Характеристики двигателя будут лучше при условии, что верхнее кольцо расположено высоко на поршне. Это достигается за счет того, что в перемычке между кольцами будет захвачен меньший объем недоступных газов. В случае, когда кольцо расположено слишком близко к верхней части поршня, может разрушиться от перегрева тонкая перемычка над канавкой кольца.

В очень жестких условиях работает верхнее поршневое кольцо и перемычка над его канавкой. Основная задача верхнего кольца при очень высоких давлениях и в окружении высокотемпературных газов обеспечивать качественное уплотнение у рабочей поверхности. По истечении миллионов циклов кольцо должно сохранять возможность уплотнения и упругость. Эти особенности поршневых колец определяет технология производства и металлургические особенности. Материал, из которого делают кольца, должен быть с низким коэффициентом трения и коэффициент износа.

Ковкий чугун один из первых материалов, из которого делали поршневые кольца. Этот материал хорошо сочетается с чугуном, который в свою очередь используется в блоках цилиндров. Его пористая структура позволяет уменьшить износ и удерживает масло. Помимо ковкого чугуна широкое распространение получила его производная — пластичный чугун. Этот материал имеет свойства чугуна при этом упруго деформироваться, что в свою очередь существенно облегчает установку поршневых колец.

Для форсированных двигателей требуются кольца с более высокими параметрами. Были найдены другие материалы, в частности на чугун стали наносить слой хрома (имеется в виду твердый хром). Впервые такие кольца использовались в самолетостроении. Именно здесь при очень высоких давлениях и температурах кольца с хромовым покрытием отлично противостояли истиранию и заеданию. Помимо этого хромированные кольца устойчивы к износу. Но есть и недостаток, эти кольца очень твердые, поэтому отверстия цилиндров должны быть сделаны точно.

На следующем этапе были сделаны поршневые кольца из нержавеющей стали. Стоит отметить, что кольца из нержавеющей стали это те же хромированные кольца, только с большим содержанием хрома. Для увеличения срока службы были сделаны кольца с молибденовым покрытием. Такие кольца стали основными в форсированных моторах, они легко прирабатываются и более долговечны. При установке колец на форсированный двигатель необходимо учитывать ряд факторов, которые помогут существенно увеличить срок службы изделия, например ширина колец. При оборотах двигателя более 6000 обычно ставят кольца шириной 1,59 мм. Использовать более тонкие кольца можно в случае, когда главнее характеристики мотора, а не его долговечность.

Конструкция верхних компрессионных колец.

Помимо, материалов из которого сделаны кольца, есть еще факторы, которые определяют как хорошо будет работать кольцо в разных режимах эксплуатации: расположение кольца на поршне и его конструкция. Как пример можно привести кольцо, которое имеет небольшое перекручивание, что в свою очередь позволяет ускорить приработку колец со стенками цилиндров. Важным типом компрессионного кольца является кольцо с L-образным участком. Такие кольца способны развивать дополнительное усилие, которое прикладывается к стенкам цилиндров при высоком давлении.

Второе компрессионное и маслосъемное кольца.

Второе компрессионное кольцо служит для дополнительного уплотнения вслед за верхним маслосъемным кольцом. Это кольцо следит за газами, которые уходят мимо верхнего кольца. Второе компрессионное кольцо действует по типу скребка, помогая маслосъемному кольцу не допустить попадания излишков масла в камеру сгорания и возникновение детонации.

С 60-х годов получили большое распространение второе компрессионные кольца «без зазора». Стали изготавливаться кольца без видимого зазора для газов. При использовании таких колец сокращалось время обкатки. Также для успешного функционирования форсированных моторов важны маслосъемные кольца, в частности при использовании низко-октанового топлива.

Легковые автомобили комплектуются различными типами двигателей, силовые агрегаты могут отличаться объемом, мощностью, конструкцией.

В зависимости от производителя у каждого мотора есть свой определенный ресурс – самыми основными серьезными поломками считаются выход из строя коленчатого вала или поршневой группы.

Если в двигателе повышается расход масла, чаще всего причиной этого являются изношенные или поломанные поршневые кольца, замена их – работа достаточно трудоемкая, к тому же требует определенных слесарных навыков.

В двигателе внутреннего сгорания (ДВС) поршневые кольца (ПК) служат для уплотнения между стенками цилиндра (гильз) и поршнем, за счет них создается компрессия в цилиндрах. Если при сборке в мотор забыть поставить ПК, двигатель не заведется, так как не будет обеспечено необходимое сжатие рабочей топливовоздушной смеси.

В легковых автомобилях на каждом поршне стандартно устанавливаются по три кольца – два компрессионных и одно маслосъемное, причем, маслосъемные ПК могут быть наборными, то есть, состоять из нескольких элементов. Компрессионные поршневые кольца (КПК) служат для создания компрессии в цилиндрах, всегда изготавливаются из высокопрочного чугуна с различными присадками. Наибольшей прочностью обладает верхнее КПК, так как оно работает в самом тяжелом температурном режиме и испытывает максимальные нагрузки.

Маслосъемные поршневые кольца двигателя (МПК) нужны для отвода масла от стенок цилиндров, если кольца не будут выполнять свою функцию, двигатель будет расходовать масло. МПК могут быть как чугунными, так и стальными, причем, чугунные ПК почти всегда изготавливаются цельными, а вот стальные маслосъемные кольца бывает только наборными (составными). Стальное МПК на один цилиндр состоит из:

Тепловой зазор поршневых колец

ПК представляют собой пружинные диски с одним разрезом – при установке на поршень они разжимаются, а в гильзе плотно прижимаются к ее стенкам. Чтобы достигалось максимальное сжатие рабочей смеси, стенки цилиндров должны быть максимально гладкими (без дефектов), а форма внутренней полости идеально круглой. На поршне ПК размещаются в специальных канавках, причем, они посажены неплотно, и на холодном поршне перемещаются в канавках свободно.

Поршневые кольца имеют тепловые зазоры:

• между ПК и канавкой;
• в стыке.

Зазоры обязательно должны быть определенными, если они больше или меньше положенного значения, поршневая группа быстро выйдет из строя. Следует учитывать тот фактор, что при нагреве металл расширяется, и если тепловой зазор ПК будет слишком маленьким, поршневая группа начнет перегреваться. При больших зазорах не обеспечивается герметичность, возникают потери мощности.

Для легковых автомобилей, как правило, устанавливаются следующие зазоры:

• между канавками и КПК – от 0,02 до 0,08 мм (для верхнего кольца зазор должен быть немного больше);
• между канавками и МПК – от 0,05 до 0,06 мм;
• на стыке – от 0,25 до 0,5 мм.

По мере износа зазоры в ПК увеличиваются, и они не должны превышать:

Волжский автомобильный завод производит двигатели для переднеприводных и заднеприводных автомобилей, поршневые кольца для моторов ВАЗ первоначально подставлял Мичуринский завод. У мичуринцев в продукции допускалось много брака, и с 1986 года в Тольятти было налажено собственное производство. В настоящее время существует много различных производителей, которые изготавливают ПК для вазовских двигателей, в частности, это:

На автомобилях ВАЗ в процессе эксплуатации происходит износ двигателя, так же выходят из строя ПК. Кольца могут:

• ломаться на две или несколько частей;
• изнашиваться по толщине;
• иметь общий износ.

Часто поломка деталей происходит вследствие перегрева ДВС, в этом случае в цилиндрах уменьшается компрессия, и мотор теряет мощность. Признаками неисправных ПК является:

• сизый дым из трубы глушителя, особенно часто он проявляется после долгой работы на холостых оборотах при резком нажатии на педаль газа;
• повышенный расход масла в двигателе;
• падение мощности, мотор перестает тянуть;
• закоксовывание свечей зажигания.

Если появляются признаки неисправности в поршневой группе, в первую очередь меняются поршневые кольца. Но замена ПК не всегда дает нужный эффект, часто после ремонта мотор продолжает дымить и расходовать масло. Причина здесь простая – имеется износ в самих цилиндрах. В блоке обычно гильзы изнашиваются неравномерно – они приобретают овальную форму, из-за выработки поршневые кольца не прилегают плотно к стенкам цилиндров и не обеспечивают герметичность.

На автомобилях вазовского производства устанавливаются двигатели типа:

• 2101/2103/ 2105/2106 (ВАЗ-классика);
• 21213/ 21214/2130 (Нива);
• 2108/21083 (ВАЗ 2108-09-099);
• 2111/2112 (ВАЗ 2110-11-12);
• 21114 (ВАЗ 2113-14-15);
• 11186 (Лада Гранта);
• 11194 (Lada Kalina).

Также есть множество других модификаций ДВС, все вазовские моторы четырехцилиндровые рядные, с общим количеством клапанов 8 или 16. У моторов ВАЗ есть несколько стандартных размеров цилиндров:

• 76 мм;
• 79 мм;
• 82 мм.

У каждого размера предусматривается ремонтное увеличение на 0,4 и 0,8 мм, заводами производятся ремонтные поршни и кольца первого и второго ремонтных размеров. Поршневые кольца с диаметром 76 миллиметров выпускаются для двигателей:

• 2101;
• 2103;
• 2108;
• 1111(Ока).

Первый ремонтный размер ПК для этих моторов – 76,4 мм, второй ремонтный размер – 76,8 мм. Поршни, а также и поршневые кольца 79 мм производятся для ДВС моделей:

• 21011;
• 2105;
• 2106;

На всех этих моторах также есть два ремонтных размера ПК – 79,4 мм (первый ремонт) и 79,8 мм (второй ремонт). Самые распространенный размер ПК – 82 мм, на многих современных автомобилях ВАЗ используется поршневая группа именно этого размера. Диаметр поршневых колец 82 мм можно встретить на двигателях:

• 21083;
• 21213;
• 21214;
• 2130;
• 2123(Chevrolet Niva);
• 2111;
• 21114;
• 11183 (Калина и Гранта);
• 2112;
• 21124;
• 21126(Приора);

У ДВС ВАЗ есть и отклонения от типичных размеров, например, на моторе 11194 объемом 1,4л устанавливаются поршни и ПК диаметром 76,5 мм, этим ДВС комплектуется Ладв Калина. Также есть нестандартный силовой агрегат 1800 см³ ВАЗ-21128 с номинальным диаметром цилиндров 82,5 мм, но серийно АвтоВазом движок не производится.

На автомобилях ВАЗ, впрочем, как и на всех других моделях легковых автомашин, одни лишь поршневые кольца целесообразно менять только в том случае, если:

• в цилиндрах нет выработки;
• не имеет следов повреждения их внутренняя поверхность.

При значительном износе гильз требуется их расточка, а если до этого уже был последний размер, требуется перегильзовка блока цилиндров. Заменить ПК можно на любом вазовском моторе, не снимая ДВС, для этого потребуется снятие ГБЦ и масляного картера. ПК меняют в том случае, если зазор в стыках у них не превышает 1 мм.

Для примера рассмотрим замену поршневых колец на автомобиле ВАЗ-2114 с 8-клапанным ДВС, такую работу необходимо проводить на яме или автоподъемнике:

• выключаем зажигание, ставим КПП на нейтральную передачу, скидываем с АКБ минусовую клемму;
• сливаем тосол, снимаем корпус воздушного фильтра вместе с патрубком (гофрой инжектора);
• снимаем клапанную крышку, распредшестерню, ослабляем ремень ГРМ и отводим его в сторону;
• отсоединяем от ГБЦ в\в провода, патрубки системы охлаждения, откручиваем болты головки;
• раскручиваем гайки приемной трубы глушителя;
• полностью освобождаем ГБЦ от всех креплений, которые мешают ее снять, производим съем головки блока;
  
  
• если под двигателем есть защита, демонтируем ее;
• подставляем емкость под поддон двигателя, отворачиваем пробку на картере, сливаем масло;
• снимаем нижний лючок корпуса КПП (три болтика);
• головкой с воротком на 10 или торцевым ключом откручиваем все болты масляного поддона;
• демонтируем поддон, снимаем маслоприемник;
  
  
• отворачиваем гайки шатунов, снимаем нижние шатунные крышки, аккуратно выбиваем поршни с шатунами наверх. Поршни следует выбивать через выколотку из мягкого металла или через деревянный брус. Сначала нужно аккуратно выбить шатунный болт, не повредив на нем резьбу, затем выколотку наставить на торец шатуна – ни в коем случае нельзя бить по вкладышам или посадочному месту под ними;
  
  
• шатуны рекомендуется вынимать по одному, и сразу же на них наживлять крышки, между собой крышки путать нельзя, они назад ставятся строго по своим местам, и обязательно замок к замку;
• снимаем с поршней ПК, обломком старого кольца чистим поршневые канавки до чистого металла. Обязательно проверяем чистоту канавки по кругу, кокса в ней оставаться не должно;
• устанавливаем в канавки новые кольца, начинаем с нижнего МПК, затем ставим среднее компрессионное ПК, и в последнюю очередь верхнее. Для установки можно воспользоваться специальным приспособлением, но все же кольца удобнее ставить руками. Если МПК чугунные, их нельзя гнуть по своей оси, можно только аккуратно раздвигать. Компрессионные кольца выгибать тоже нужно аккуратно, по минимуму;
• устанавливаем на место поршень с помощью специальной оправки, забиваем деревянной ручкой молотка либо латунной или бронзовой выколоткой;
• ставим по одному поршню-шатуну, и тут же крепим на каждый шатунную крышку. Затяжку гаек шатунов следует выполнять динамометрическим ключом, усилие – от 4,5 до 5,5 кг;
• затем ставим все на место – маслоприемник, поддон двигателя, головку блока. Заливаем в радиатор тосол, масло в картер, для проверки запускаем мотор. После замены ПК ДВС может поначалу дымить и расходовать масло – движок необходимо обкатать приблизительно 2 тыс. км. Бывает так, что при кажущемся нормальном состоянии гильз ДВС продолжает дымить даже после замены колец после обкатки. В таком случае придется растачивать цилиндры и устанавливать ремонтную поршневую группу.

Если мотор начинает дымить, есть вероятность, что в канавках поршней залегли кольца. В наше время есть немало различных современных средств для раскоксовки поршневых колец, и многие водители используют их для восстановления работоспособности мотора. Среди наиболее популярных составов можно отметить:

Автомобилисты полагают – если движок задымил, нужно воспользоваться средство для раскоксовки, и мотор заработает в прежнем режиме, без расхода масла и без дыма. Действительно, иногда эти средства помогают, но только лишь в тех случаях, когда мотор долго простоял без движения (например, после зимы), и от влаги в нем залегли ПК. Если машина подлежит длительной консервации (ставится в гараж на зимнее хранение) следует вывернуть свечи зажигания и в цилиндры залить масло, а свечные отверстия заткнуть чопиками. При такой профилактике и свечи не отсыреют, и на гильзах не скопиться ржавчина.

Но если все-таки забывчивый автовладелец не предпринял меры профилактики, можно воспользоваться средством для раскоксовки. От ржавчины в цилиндрах избавляемся следующим образом:

• сдергиваем высоковольтные провода;
• выкручиваем все свечи зажигания;
• проворачиваем коленчатый вал так, чтобы все поршни находились в среднем положении;
• в каждый цилиндр заливаем по 45 мл жидкости, наживляем свечи зажигания;
• оставляем «отмокать» цилиндры на 6-7 часов;
• зачем выворачиваем свечи, несколько оборотов прокручиваем стартером, чтобы вся грязь из двигателя вылетела;
• снятые детали устанавливаем на место, запускаем мотор. Первое время он может сильно дымить, но затем дым пройдет.

Автовладельцам следует помнить, что раскоксовка не является панацеей от всех бед, и если поршневые кольца изношены, то поможет только их замена.

Поршневые кольца - это незамкнутые кольца, которые с небольшим зазором (до нескольких сотых долей миллиметра) посажены в канавках на внешних поверхностях поршней в двигателях внутреннего сгорания. В данной статье мы поговорим про поршневые кольца двигателя, какие они бывают и основное предназначение колец двигателя.

Поршневые кольца по назначению разделяют на компрессионные и маслосъемные. Компрессионные кольца предотвращают порыв газов из камеры сгорания в картер. Наружный диаметр кольца в свободном состоянии больше внутреннего диаметра цилиндра, поэтому часть кольца вырезана. Вырез в поршневом кольце называют замком.

Маслосъемные кольца препятствуют проникновению масла из картера в камеру сгорания, снимая излишки масла со стенки цилиндра. Их устанавливают ниже уровня компрессионных. Они в отличии от компрессионных колец имеют сквозные прорези.

Из чего делают кольца двигателя?

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.

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 основными в двигателях, так как они долговечные, относительно легко прирабатываются и более надежные.

Верхние компрессионные кольца двигателя

Существует много конфигураций верхнего компрессионного кольца и различия между некоторыми 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.

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 двигателя

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. 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.

Маслосъемные кольца очень важны для функционирования 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.

И пару видео в нагрузку))Приятного просмотра.