При вивченні принципів роботи двигуна внутрішнього згоряння зазначалося, що ковзне з'єднання між поршнем і циліндром герметично, тобто гази, що знаходяться під тиском надпоршневому просторі, не проникають між поршнем і стінками циліндра в картер двигуна. Забезпечити прийнятну герметичність основне призначення поршневих кілець. При цьому необхідно відзначити, що незначна частина газів з камери згоряння все одно проникають у внутрішній простір картера навіть нового, цілком справного двигуна. Ущільнення за допомогою поршневих кілець у техніці називається ущільненням лабіринтного типу, в ущільненнях подібного типу завжди відбувається певний витік газів. Але цей витік на справному двигуні зазвичай лежить у діапазоні 0,5 – 1,0%.
Гази, що знаходяться в картері двигуна, називаються картерними газами. У міру зносу циліндр поршневої групидвигуна кількість картерних газів збільшується.
Крім ущільнення поршневі кільцявиконують ще дві задачі. Регулюють кількість олії на стінках циліндра, необхідного для змащування, як самих кілець, так і поршня, і відводять тепло від поршня до стінок циліндра.
Призначення поршневих кілець:
Ці три завдання поршневі кільця виконую у дуже важких умовах під впливом високих теплових та механічних навантажень. Теплова напруга поршневих кілець виникає під впливом гарячих робочих газів і під вплив тертя кілець стінки циліндра, що відбувається в умовах масляного голодування у верхній частині поршня.
Успішне вирішення цих завдань вирішується як рахунок конструкції кілець, і правильного підборуматеріалу виготовлення кілець.
Тип кілець
Поршневі кільця - схема
1.1. Молібденова протизносна вставка
3.1. Верхня маслознімна пластина
3.2. Тангенційний розширювач
3.3. Нижня маслознімна пластина
Фотографія розрізу поршня сучасного бензинового двигуна із встановленим на нього типовим комплектом поршневих кілець відповідно до схеми, даної на верхньому малюнку.
Компресійні кільця забезпечують необхідну герметичність, а маслознімні кільця регулюють кількість олії на стінках циліндра. Саме регулюють, а не повністю видаляють, оскільки повне або занадто велике видалення олії призведе до масляного голодування з'єднання поршня зі стінками циліндра у верхній частині поршня і подальшого заклинювання поршня в циліндрі.
Раніше двигуни були тихохідними, і кількість поршневих кілець на одному поршні сягала 5 – 7. Але майже всі сучасні бензинові двигуниі швидкохідні автомобільні дизельні двигуни мають на одному поршні всього три поршневі кільця – два компресійні кільця та одне маслознімне.
Хоча поршні двигунів форсованих спортивних автомобілів, які постійно працюють на високих оборотах, можуть мати всього два кільця. А поршні дизельних автомобільних двигунів для полегшення запуску можуть мати чотири кільця, три з яких компресійні.
Деяка термінологія
Компресійні поршневі кільця
Перше (верхнє) компресійне кільце
Кільце, встановлене в канавку поршня, що знаходиться в циліндрі двигуна, має прийняти абсолютно круглу форму(це виконується, якщо сама гільза циліндра не має деформацій) і бути притиснутим до поверхні циліндра по всьому зовнішньому колу поршневого кільця. Для забезпечення цього пружне поршневе кільце виготовляється не у вигляді правильного кола, а у вигляді дуги змінного радіуса, більшого, ніж діаметр циліндра і має у вільному стані досить більший зазор (1) між кінцями кільця. При установці в циліндр кільце стискається і зазор (2) у замку кільця стає 0,15 ? 0,5 мм. Точне та максимально допустиме значення цього зазору вказується в технічної документаціїдвигуна. Забезпечення регламентованої величини зазору дуже важливе, збільшений зазор сприяє прориву газів у картер двигуна та зниження потужності. Але ще небезпечніше зменшений зазор у замку поршневого кільця. Під час роботи, в результаті нагрівання кільце розширюється і при зменшеному зазорі може статися заклинювання поршневого кільця в циліндрі, що призведе до утворення задир на дзеркалі циліндра, поломки міжкільцевих перегородок поршня або поломки самого кільця. Тому припустимо невелике збільшення зазору, але неприпустимо зменшення зазору в замку поршневого кільця.
Провідні виробники поршневих кілець виробляють кільця з зазором, що поступово зменшується через 0,1 мм, таких підбираються розмірів може бути до 15.
Відсутність кінцевого зазору при одночасному зменшенні висоти кільця
Деякі виробники поршневих кілець випускають «безсоромні» поршневі кільця. Зрозуміло, неможливо змінити природна властивістьметалів до розширення при підвищенні температури, кільце, встановлене в циліндр без зазору, обов'язково заклинить. Але багато що можна вирішити рахунок вдалої конструкції. У цьому випадку поршневе кільце складається з двох плоских кілець, встановлених один на одного і повернутих один до одного на 180?. При цьому верхнє кільце має форму літери. L », а нижнє кільце вставлено у виїмку верхнього кільця, рахунок чого висота такого кільця виходить трохи більше висоти стандартного кільця.
Колись замки поршневих кілець старих тихохідних двигунів для зменшення прориву газів через замок кільця мали складну форму, але в сучасних високооборотних двигунах прорив газів через замок кільця незначний. Тому сучасні кільця мають лише прямокутну формузамку.
Замки поршневих кілець
Правильне встановлення поршневих кілець
Змінний радіус дуги поршневого кільця береться не довільно, а розраховується задля забезпечення необхідної епюри сили притискання кільця до стінок циліндра. Під час роботи поршневе кільце зношується нерівномірно. В результаті експериментів визначено, що найінтенсивніше кільце зношується у районі замку. Тому початкове збільшення сили притискання кільця у зоні замку збільшує термін служби кільця.
Але точно розрахована епюра зусиль кільця може змінитися внаслідок непрофесійної установки кільця на поршень. Сучасні, дуже тонкі компресійні поршневі кільця забороняється встановлювати на поршень руками. Для цього необхідно використовувати спеціальний пристрій, що забезпечує рівномірне розтискання кільця по всьому колу та обмеження максимального розтискання.
Установка кільця руками, зі збільшеним та нерівномірним розтисканням, значно скорочує термін служби кільця.
Притискання компресійних кілець до стінок гільзи циліндра
На цьому малюнку видно, що гази з камери згоряння через проміжок між жаровим поясом поршня і стінкою циліндра і через проміжок між стінкою перегородки і поршневим кільцем потрапляють у внутрішню порожнину поршневого кільця. При цьому тиск у внутрішній порожнині верхнього компресійного кільця практично дорівнює тиску камери згоряння.
За рахунок тиску газів на внутрішню поверхню кільця відбувається додаткове притискання поршневого кільця до стінок циліндра. Деяка частина газів також потрапляє у внутрішню порожнину другого компресійного кільця. Оскільки перше компресійне кільце дроселює тиск газів, тиск у внутрішній порожнині другого компресійного кільця може бути дорівнює 30 - 60%, від тиску у внутрішній порожнині першого компресійного кільця.
З урахуванням того, що всі процеси в двигуні відбуваються досить швидко, тиск із внутрішніх порожнин поршневих кілець не падає до наступного такту робочого ходу, це явище називається акумулюванням тиску. Акумулювання тиску забезпечує прийнятну роботу поршневих кілець, які частково втратили свою пружність в результаті старіння або перегріву. Поршневі кільця, що втратили пружність, задовільно працюватимуть на режимі високих навантаженьдвигуна, але під час роботи двигуна в режимі низьких навантажень поршневі кільця не забезпечать необхідне ущільнення. Тому справними можна вважати поршневі кільця серійного легкового автомобіля, що забезпечують притискання до стін циліндра за рахунок власної пружності.
Деякі виробники поршневих кілець заявляють, що до 90% зусилля притискання поршневих кілець виникає рахунок тиску робочих газів двигуна. Можливо, кільця з подібними технічно характеристиками підійдуть лише для спеціальних спортивних двигунів, що постійно працюють у діапазоні високих обертів та високих навантажень, але навряд чи таке кільце успішно працюватиме у двигуні серійного автомобіля. Спеціально підготовлені поршневі кільця, як і багато інших деталей двигуна, можуть поліпшити роботу двигуна на певних режимах оборотів і навантаження. Але при цьому значно погіршити роботу двигуна на інших режимах.
Дуже важливим експлуатаційним розміром є бічний зазор між кільцем та канавкою поршня, оскільки саме від нього залежить тиск у поршневій канавці. У середньому цей зазор дорівнює 0,04 ? 0,08 мм. Від величини цього зазору також залежать ударні навантаження на перегородки поршневих кілець і відповідно шумність роботи двигуна, що зростають при збільшенні зазору або ймовірність заклинювання (втрати рухливості) поршневих кілець при зменшенні зазору.
Багато автомеханіків вважають, що поршні не підлягають подальшій експлуатації через знос напрямної частини (спідниці) поршня, але зазвичай знос напрямної частини поршня незначний. Зрозуміло, якщо поршень не працював у режимі масляного голодування, і на поверхні поршня та стінок циліндрів не утворилися задираки.
Насправді поршень часто вибраковується через неприпустиме зношування канавки верхнього компресійного кільця.
При виробництві і висота поршневих кілець і висота канавки поршня мають деякий розкид, тому, для забезпечення необхідного зазору, іноді буває можливість підбору поршневого кільця необхідної висоти.
Друге компресійне кільце
Форма другого компресійного кільця відрізняється від форми першого компресійного кільця. Іноді через своєрідну форму зовнішньої поверхні друге компресійне кільце називається скребковим
Це кільце працює не тільки як компресійне, але й бере участь у регулюванні кількості олії на стінках циліндрів, тобто частково виконує завдання олійного кільця. Нижня частина робочої поверхні другого кільця виготовляється у вигляді скребка, який при переміщенні поршня вниз знімає зі стінок циліндра зайву олію. Нижнє компресійне кільце працює у значно легших умовах. І температура в зоні кільця і тиск газів на кільце (відповідно сила притискання кільця до стінки циліндра) значно нижча порівняно з подібними показниками, що впливають на верхнє кільце.
Обидва компресійні кільця допускається встановлювати лише в одному положенні. На верхній поверхні компресійного поршневого кільця ставиться мітка "Т", "ТОР" або інші. Кільце завжди встановлюється цією міткою вгору. Неправильно встановлено поршневе кільце, працює неправильно.
Олійні кільця
Олійне поршневе кільце
Олійні кільця встановлюються нижче компресійних поршневих кілець. На поршні двигунів сучасних легкових автомобіліввстановлюється лише по одному маслознімному кільцю. Хоча старі двигуни, особливо призначені для стаціонарного застосування, використовували по кілька маслознімних кілець.
Олійні кільця призначені для регулювання кількості масла, що знаходиться на стінках циліндра. Тут не дуже підходить російська приказка: «Кашу олією не зіпсуєш». Олії на стеках циліндра має бути не якомога більше, а рівно скільки необхідно. Недостатня кількість олії приведе до масляного голодування і, внаслідок цього, до підвищеного зносу поршневих кілець, поршня та поверхні циліндра. У деяких важких умовах роботи двигуна за наявності масляного голодування можуть статися задираки в з'єднання поршня з циліндром, і навіть повне заклинювання поршня в циліндрі.
Також небажано зайва кількість олії на стінках циліндра. Зайве масло через компресійні кільця потрапляє в камеру згоряння двигуна. Що призводить до підвищеної витрати масла, утворення нагару на стінках камери згоряння, клапанах та свічці запалювання. Нагар від згорілого масла в камері згоряння та на клапанах значно погіршує деякі технічні характеристикидвигуна. Під час роботи двигуна система мастила розбризкує в нижній внутрішній порожнині циліндра велику кількість мастила, необхідного для змащування поршневого пальця та охолодження поршня.
При переміщенні поршня вниз масло кільце своїми кромками збирає зайве масло зі стінок циліндра і через дренажні отвори в канавці поршня направляє його у внутрішню порожнину поршня. Далі масло стікає в масляний піддон, повертаючись до системи змащення двигуна.
Для надійної роботи двигуна на стеку циліндра повинен бути тонкий шар масла, встановленої товщини. Шар масла залежить не тільки від маслознімного кільця, але і від якості обробки поверхонь, як самих стінок циліндрів, так і поршня. Іноді можна чути думку, що чим чистіше відполірована поверхня стінки циліндра, тим менша сила тертя і краще працює двигун. Насправді, це не так. Існуючі технології дозволяють створити поверхні циліндра з дуже високою чистотою обробки, але на полірованій поверхні не утримуватиметься масло.
При остаточному хонінгуванні отвори циліндра на його внутрішньої поверхністворюється структура, що дозволяє утримувати необхідну кількість олії.
Сітка на поверхні гільзи циліндра
Структура поверхні циліндра.
Спочатку здійснюється чорнове хонінгування крупнозернистим хоном. Для створення необхідної структури поверхні хон одночасно з обертальним рухомздійснює вертикальні зворотно-поступальні рухи в результаті поверхні циліндра утворюються ромби. Після цього за допомогою м'якого дрібнозернистого хона робиться пласка поверхня ромбів.
Поверхня спідниці поршня не робиться абсолютно гладкою. На поверхні поршня після механічної обробкизалишається необхідна зернистість.
Якщо притискання компресійних поршневих кілець, особливо верхнього, в основному, здійснюється за рахунок тиску робочих газів, то маслознімні кільця повинні забезпечувати притискання за рахунок власної пружності. Це забезпечується конструкцією маслознімних кілець та підбору матеріалів, з яких виготовлені кільця.
За своєю конструкцією маслознімне кільце складніше компресійного кільця. Маслознімні кільцябувають коробчатої форми, що мають дві грані для зішкрібання масла і внутрішні щілини для відведення масла до дренажних отворів поршня. У такі кільця часто вставляється пружинний радіальний розширювач, що забезпечує необхідне притискання кільця маслосъемного до стінок циліндра. У цьому випадку з внутрішньої сторони кільця робиться U-подібна або V-подібна проточка для спіральної пружини.
Велике поширення набули складові маслознімні кільця, що складаються з кількох частин. Таке кільце зазвичай складається з двох плоских сталевих хромованих бічних пластин, зовнішні кола яких є елементами, що видаляють масло зі стінок циліндра. Бічні пластини розтискаються за допомогою радіального та осьового розширювачів (експандерів). Іноді ці два розширювачі замінюються одним тангенціальним одночасно виробляючим і осьове та радіальне розширення маслознімного кільця. У двигунах серійних автомобілів найбільшого поширення набули трикомпонентні мастильні кільця, що складаються з бічних хромованих пластин і тангенціального розширювача.
Складові трикомпонентні маслознімні кільця
Зазвичай компресійні поршневі кільця двигунів серійних автомобілів виготовляються із спеціальних сортів міцного легованого чавуну. Останнім часомкомпресійні кільця, особливо високофорсованих двигунів, виготовляються із сталі. Для підвищення зносостійкості компресійних кілець на них наноситься робочу поверхню хромове або молібденове покриття. Пористий хром, що використовується для покриття поршневих кілець, утримує на своїй поверхні необхідну кількість олії. Ці покриття мають не тільки високу зносостійкість, але й зменшений коефіцієнт тертя в парі з чавуном, з якого виготовлений блок циліндрів або гільзи вплавлені циліндрів алюмінієвого блоку. На поршневі кільця молібден наноситься шляхом плазмового напилення.
Оскільки молібден досить дорогий метал, зазвичай він наноситься тільки на верхнє кільце компресійне, при цьому перед напиленням молібдену на робочій поверхні кільця робиться тонка пазова проточка. За своїми фізичними якостями хромовані поршневі кільця дещо відрізняються від поршневих кілець із молібденовим покриттям.
Кільця взяв типу SM, зараз вони називаються NPREurope. Маслознімні кільця у них набірні.
Кільця NPREurope
Перевіряємо зазор у замках усередині циліндрів.
зазор до замку кільця
Зазор у замках нормальний. Близько 0,45 мм компресійні, і 0,35 мм набірні маслознімні. У попередньому записі я писав, що зазор в маслознімних дуже маленький і їх потрібно підпиляти, але це не так =). Розтиснувши кільце до гільзи зазор став близько 0,35. У збиранні це робить сепаратор. Так що все прибл.
Тепер безпосередньо одягаємо на поршня. Починати потрібно з сепаратора, а потім тонкі маслознімні. І вже потім другий компресійний і потім перший компресійний.
Але насамперед потрібно зробити таке.
Дуже важливий момент!
Що чомусь майже ні де не описують. Не в мануалах, не з інструкцією до каблучок.
Щоб масло мотор не витрачав з набірними кільцями, необхідно щоб кільця правильнопрацювали їх потрібно правильно зорієнтуватина поршні.
Постараюсь пояснити доступно =)
Потрібно взяти до рук "локшину" і стиснути, зістикувавши замок. Ось так.
стискаємо кільце до прогину
орієнтація набірних маслознімних кілець щодо поршня.
Ось схематично накидав картинку для наочності.
схема роботи набірних кілець
Після того як набірні кільця встановлені, встановлюються другі компресійні кільця. Вони чавунні, дуже тендітні, сильно розтискати не можна - луснуть. Воно працює як компресійне і частково як маслознімне. Для цього у них буває або виточення, або зріз торця під кутом. Також обов'язково присутній напис "ВВЕРХ" або "ТОР". Її потрібно орієнтувати до днища поршня, у бік камери згоряння. Для перевірки можна ще орієнтуватися на виточення. Якщо виточка внутрішня (за внутрішнім діаметром кільця), то такою виточкою кільце повинне дивитися у бік камери згоряння, якщо виточка по зовнішньому діаметру - то такою стороною орієнтуємо у бік картера.
Верхнє кільце сталеве, я ставлю написами вгору (зазвичай пишуть че нить на кільцях), хоча різниці особливої немає.
Після того, як кільця одягнені, їх потрібно розгорнути відносно один одного на 180 градусів. Але не абияк.
Масляні набірні щодо замків один одного на 180гр, а щодо замка сепаратора на 90гр.
Замки всіх кілець не можна орієнтувати у бік холодильника (убік пальця).
Тому орієнтуємо у бік спідниць.
Багато автолюбителів цікавляться, як вчасно визначити проблему з поршневими кільцями та які основні ознаки несправності цих деталей. Для того щоб розібратися в цьому питанні необхідно чітко розуміти призначення компресійних та маслознімних кілець двигуна, особливості їх конструкції та умов роботи.
Особливості конструкції та призначення поршневих кілець двигуна.
Поршневі кільця автомобільного двигуна виконують 3 основні завдання:
У більшості сучасних двигунів ці функції виконують три поршневі кільця:
Верхнє компресійне кільце відповідає за герметизацію камери згоряння і відчуває дуже великі навантаження, так як сприймає більшу частину тиску газів, що відпрацювали при згорянні. До того ж кільця працюють в умовах підвищених температур, що позначається на умовах їхнього змащення та зносу, що в результаті призводить до підвищеної витрати олії. Для забезпечення протистояння великим температурним та силовим навантаженням верхні кільця виготовляють із високоміцного чавуну, легованого молібденом, нікелем та хромом.
Середнє компресійно-маслознімне кільце крім функції ущільнення виконує ще управління мастилом деталей і запобігає підвищеній витраті масла. Під час ходу поршня від верхньої мертвої точки до нижньої обручки знімає масло зі стінок циліндра. Для забезпечення виконання цієї функції середні кільця мають спеціальну форму, яка дозволяє знімати масло зі стінок при ході поршня вниз і пропускати його при ході вгору, що запобігає попаданню олії в камеру згоряння. Так як ці кільця менш навантажені ніж компресійні, їх, як правило, виготовляють з менш міцного матеріалу - сірого легованого чавуну з пластинчастим графітом. 
Як можна здогадатися з самої назви, головним завданням нижнього оливного кільця є зняття масла з поверхні циліндра і через отвори або пази в канавці поршня скидання його в картер. Так як функції цього кільця відрізняються від тих, що виконують компресійні кільця, то його конструкція істотно відрізняється.
В даний час найбільшого поширення набули 2 типи маслознімних кілець:
Основними вимогами до цих кільців є хороший доробок до стінок циліндра і високий тискна них, що забезпечує ефективне зняттямастильного матеріалу та запобігання підвищеній витраті масла. Залежно від типу маслознімні кільця виготовляють із сірого легованого чавуну або з вуглецевої сталі. Для ефективної роботиу парі з чавунною гільзою їх поверхню хромують.
Основні ознаки зносу поршневих кілець
При зносі верхніх компресійних кілець, як правило, знижується компресія в двигуні, що проявляється в погіршенні розгінної динаміки автомобіля, а якщо зношені кільця не у всіх циліндрах, то такий двигун працює нерівномірно. Для того щоб визначити в якому циліндрі зношені кільця необхідно заміряти компресію. У справному бензиновому двигуні вона має становити 11 – 13 бар, у дизелі – від 23 до 40 бар.
Коли зношені маслознімні кільця
Зношування або несправність маслознімних кілець проявляється у підвищеній витраті масла за нормальних умов експлуатації. Також ознакою зносу кілець є наявність чорного диму із системи випуску та системи вентиляції картера (сапуна). Причиною цього є вигорання моторного масла, що потрапило в камеру згоряння.
Однією з можливих ознак, що може свідчити про знос маслознімних кілець, служить забруднення свічок маслом, але таке буває і якщо зношені масляні ковпачки клапанів. Для точного визначення причини несправності знадобиться розбирання двигуна.
У більшості випадків у сучасних двигунах внутрішнього згоряння термін служби маслознімних кілець становить 150-200 тисяч кілометрів пробігу, а в деяких моторах навіть від 300 до 500 тис. Однак якщо автомобіль експлуатується у важких умовах або його власник своєчасно не змінює олію, їх заміна буде необхідна вже за 50 тис. кілометрів. У зв'язку з цим, приймаючи рішення про заміну компресійних та маслознімних кілець, не варто орієнтуватися лише на пробіг автомобіля.
Що робити при зношуванні кілець?
Для того, щоб вибрати шлях вирішення проблеми, необхідно з'ясувати, з якої причини вона виникла. Виникнення вищевказаних симптомів може бути викликане зносом або поломкою компресійних і маслознімних кілець або у випадку якщо вони закоксувалися і залягли.
У першому випадку потрібно буде обов'язково розбирати двигун і встановлювати нові деталі замість пошкоджених. При цьому слід ретельно оглянути всі сполучені деталі, тому що при поломці кілець можливе виникнення задирів, що можна усунути лише шляхом проведення капітального ремонту.
Якщо є припущення, що поршневі та маслознімні кільця залягли, то можна додати в олію спеціальну присадку. Але такий спосіб застосовується, як правило, у профілактичних цілях.
Пов'язані з поршневими кільцями несправності виникають у практиці досить часто. Тому для того, щоб запобігти виникненню серйозних наслідків і, як результат, великих витрат на ремонт, необхідно вчасно розпізнавати перші їхні симптоми та вживати відповідних заходів.
Євген Шуба, к.т.н., викладач кафедри двигунів та теплотехніки Національного транспортного університету
Поршневі кільця, що встановлюються в поршневу групу, виконують одночасно кілька важливих для двигуна функцій.
Призначення кілець
Газове ущільнення камери згоряння (простір над поршнем)
Відведення частини тепла від поршня поверхні циліндра
"Управління маслом", тобто. зняття надлишок олії зі стінок циліндра та одночасне забезпечення мастила самих кілець та циліндра.
На більшості сучасних двигунів як бензинових, так і дизельних встановлюється комплект трьох кілець. Два верхні кільця компресійні та нижнє маслознімне кільце.
Хоча середньому кільцю найчастіше приділяється двояка роль, де воно не тільки служить для підтримки компресії, але й частково служить і для знімання олії, але це буде вже окрема стаття.
Маслознімні кільця сучасних двигунів встановлюються двох типів:
Коробчасте кільце із пружиною еспандерного типу
Набірне кільце, що складається з двофункціонального розширювача та двох сталевих дисків
Коробчасте кільце за великим рахунком є маслокеруюче кільце, тоді як набірне - чисто маслознімне.
Коробчасте кільце дає дещо більшу витрату масла за рахунок пропуску його частини, перебуваючи поблизу мертвих точок, але забезпечує мастило поршня і циліндра. Це відбувається через відрив «гребеня» кільця від стінки циліндра в момент «перекладання» поршня.
Подібного недоліку позбавлено набірне маслознімне кільце, так як його диски не пов'язані жорстко один з одним і контакт диска із дзеркалом циліндра залишається завжди постійним.
Це досягається завдяки тому, що диски має невелику товщину, близько 0.50-0.63 мм, що дозволяє їм добре «пристосовуватися» до поверхні циліндра, порівняно з коробчастим маслознімним кільцем.
Ця конструкція набірного маслознімного кільцядозволяє йому знімати практично всю олію зі стінок циліндра іноді навіть веде до голодування пари поршень-циліндр.
Для цього спеціально змінена конструкція середнього компресійного кільця, яке здатне утримувати частину олії для мастила кілець, поршня та циліндра над маслознімним кільцем.
У дизелів, де умови роботи поршневої групи набагато жорсткіші, вимоги до мастила підвищені, встановлюються в основному коробчасті маслознімні кільця.
Японські та американські бензинові двигуни в основному оснащуються із заводу набірними маслознімними кільцями, А європейські виробники віддають перевагу коробчатим маслознімним кільцям.
Висота гребінців при великому зносі коробчастого кільця стає мінімальною, а іноді вони повністю зношуються, що веде до збільшення зазору в замку кільця та великої витрати олії.
Набірне маслознімне кільцене схильна до цього, так як збільшений зазор в замку перекриває інший диск, розведений замком кільця в протилежний бік.
При заміні кілець, без виконання будь-яких шліфувальних операцій, надійнішим буде варіант з набірними маслознімними кільцями. Зазвичай ці кільця дорожчі, ніж з коробчастими олійними кільцями, але ціна виправдана і окупиться сторицею.
Поршневі кільця формують ущільнення між стінкою циліндра та поршнем. Повинні забезпечувати гарне ущільненняпо всій площині циліндра в широкому діапазонітемператур. У чотирьох тактних двигунах частіше застосовується три кільця, з них два компресійні і нижнє маслознімне.
- Компресійні кільця забезпечують надійне ущільнення між циліндром та поршнем для герметизації камери згоряння.
- Відведення тепла від поршня до стін циліндра.
- Маслознімні кільця видаляють надлишки олії зі стінок циліндра запобігаючи його потраплянню в камеру згоряння. Однак видаляють не повністю, а регулюють, залишаючи необхідну кількість олії для компресійних кілець.
Призначено виключно для запобігання прориву газів, що розширюються, в камері згоряння. Під час циклу «робочий хід» тиск, що наростає, в камері згоряння притискає перше компресійне кільце до дна канавки поршня і сильніше притискає до стінок циліндра, тим самим забезпечуючи достатню ізоляцію камери згоряння. Тиск у канавці кільця зберігається на наступних тактах
встигаючи знизитися. Зазор між кільцем та канавкою складає 0.04-0.08 мм
Захищає друге кільце від високої температури згоряння та зменшує навантаження. Має найбільше тепловідведення від поршня до циліндра, приблизно 50-60% тепла, що відводиться, від поршня до циліндра припадає на компресійні кільця. Деяка частина газів проривається, друге кільце приступає до виконання своїх функцій, про це трохи пізніше.
Перше компресійне кільце виготовляється з високосортного чавуну, здатного витримувати. високі температурита навантаження при цьому маючи невеликий коефіцієнт теплового розширення. Під час роботи двигуна температура кільця досягає 180-210 ° C, у верхній мертвій точці де практично немає мастила через тертя, досягається ще більша температура. На зовнішній робочій поверхні кільця часто є спеціальне покриття для зниження тертя. Це може бути плазмова наплавка молібдену, металокераміки, кераміки. Найчастіше зустрічається хромове покриття, що має сірий матовий колір (наноситься гальванічним метолом) та своєрідну пористу структуру, що дозволяє затримувати олію для більшого зниження тертя. Інші поверхні мають чорний колір внаслідок фосфатування. Покриття забезпечує антифрикційні та антикорозійні властивості.
Компресійні кільця виробляються не зовсім круглими, а мають складну форму дуги у вільному стані та досить великий кінцевий зазор. Коли кільце займе своє місце в поршні і буде вставлено в циліндр, воно забезпечуватиме рівномірну притискну силу в будь-якій точці кола.
Працює в більш сприятливих умові виконує функцію додаткового ущільнення так само через спеціальну форму допомагає маслознімному зняти надлишки олії, залишаючи тільки масляну плівку на поверхні циліндра. Середня температуракільця 150 - 170 ° C в режимі роботи. Зазор між кільцем і канавкою поршня трохи нижче ніж у першого 0.03-0.06 мм. Різноманітність форм кілець зумовлює виконання певних функцій. Таких як розподіл навантаження у канавці, зменшення тертя спідниці поршня методом аквопланування по маслу, видалення надлишок олії.
Фаска на внутрішній сторонікільця визначає, в який бік буде згинатися кільце. Якщо фаска знизу, то кільце після нагрівання вивертатиметься зовнішньою поверхнеювниз, як показано на зображенні. І відповідно, якщо фаска зверху, то й вивертатися робоча поверхня кільця буде вгору.
Під компресійними кільцями розташовується кільце масло, що виконує функцію видалення надлишок масла зі стінок циліндра.
Велика кількість олії, що проникає через компресійні кільця в камеру згоряння, погано позначається на роботі двигуна. У процесі роботи олія, що згорає, відкладається на стінках клапанів, камері згоряння, свічках, дні поршня. Великий нагар сильно розігрівається, підвищується ймовірність детонації. Випускні клапани зазнають збільшеного температурного навантаження.
Тонкий шар масляної плівки, що залишається мастильними кільцями, знижує силу тертя компресійних кілець, збільшуючи їх довговічність. На відміну від компресійних маслознімні не притискаються робочим тиском газу до площини канавки в поршні та стінок циліндра, тому мають спеціальні осьові та радіальні розширювачі.
За конструкцією можна виділити два типи кілець: коробчастіі набірніті та інші можуть мати різні розширювачі.
При русі поршня вниз маслознімні кільця зіскребають зі стінок циліндра надлишки олії направляючи їх по дренажним отворах поршні назад в картер. Масляний клин перед кільцем допомагає ефективно змащувати ковзну спідницю поршня. Стінки циліндра мають шорсткість, так званий хон,який дозволяє затримувати найтонший шар олії, для компресійних кілець.
Найбільшого поширення набули набірні кільця, що складаються з двох тонких сталевих пластин (часто мають різні покриттядля зниження терну) і тангенціального розширювача, що виконує одночасно осьове та радіальне розширення. Використовуються у сучасних двигунах.
Хочу звернути вашу увагу на встановлення саме маслознімних кілець. З компресійними не повинно виникнути проблем якщо дотримуватися прості правила, встановлювати написами вгору (написи, крапка) та користуватися спеціальним інструментом.
При установці маслознімних можуть виникнути труднощі за відсутності написів, або правильність встановлення замка розширювача. Розберемося у цьому докладніше. Якщо написи відсутні, то не має значення, якою стороною ви поставите кільце і яке з них буде зверху, а яке знизу (набірні).
Часто помилки виникають при встановленні поршня в циліндр, навіть якщо використовується спеціальний хомут для стяжки кілець на поршні. Особливість полягає у наступному. При складанні маслознімного кільця варто звернути увагу на замок розширювача та правильність його стикування. Для наочності дивимося зображення нижче.
Під час стиснення кілець на поршні замок розширювача маслознімного кільця може зіскочити з правильного становищаі лягти в нахлест збираючись по спіралі, таким чином пластини провалюються через розширювач і це призведе до задирання стінок циліндра, та канавок поршня. Щоб цього уникнути, стягуючий хомут слід розташовувати таким зразком як показано на зображенні.
Дотримуючись простих правил, ви правильно встановите кільця в циліндрі.
