У будь-якому сучасному поршневому двигуні є деталі, що забезпечують герметичність камери згоряння і змащення циліндрів - поршневі кільця.Все про поршневих кільцях, їх існуючих видах, особливостях конструкції та експлуатації, а також про правильний підбір і заміну кілець читайте в запропонованій статті.
Що таке поршневі кільця?
Кільця поршневі - деталі циліндропоршневої групи (ЦПГ) двигуна внутрішнього згоряння;металеві роз'ємні кільця, встановлені на поршнях для герметизації камери згоряння, зменшення втрат моторного масла та мінімізації кількості вихлопних газів, що надходять у картер.
Для нормальної роботи поршневого двигуна внутрішнього згоряння критично важливо, щоб в кінці такту стиснення (при досягненні поршнем верхньої мертвої точки) в камері згоряння створювався тиск, що перевищує певний мінімальний рівень - цей параметр називається стиснення.Для бензинових двигунів компресія лежить в межах 9-12 атмосфер, для дизельних агрегатів цей параметр становить 22-32 атмосфери.Для досягнення необхідної компресії необхідно забезпечити герметичність камери згоряння - цю проблему вирішують поршневі кільця.
Поршневі кільця виконують кілька основних функцій:
● Ущільнення камери згоряння - розмір кільця підібраний точно під внутрішній діаметр циліндра, що запобігає прориву газів з камери згоряння в картер;
● Зменшення сил тертя - площа тертя кілець об стінки циліндра значно менше площі поршня, що зменшує втрати деталей ЦПГ на тертя;
● Компенсація теплового розширення матеріалів CPG - поршні і циліндри виготовлені з різних сплавів з різними коефіцієнтами теплового розширення, впровадження кілець запобігає заклинювання поршнів і зміни компресії при підвищенні і зниженні температури двигуна;
● Змащування стінок циліндрів і видалення надлишків масла (що запобігає його потраплянню в камери згоряння і зменшує втрати масла через відходи) - кільця спеціальної конструкції забезпечують видалення надлишків масла зі стінок циліндра, що утворюються в процесі роботи двигуна, але залишити масляну плівку, необхідну для зменшення тертя;
● Охолодження стінок поршня - частина тепла від поршня відводиться до стінок циліндра через кільця.
Неважко помітити, що поршневі кільця відіграють вирішальну роль в роботі ЦПГ і функціонуванні всього силового агрегату.Будь-які несправності і знос кілець проявляються втратою потужності двигуна і загальним погіршенням його роботи, тому ці деталі підлягають заміні.Але перш ніж купувати або замовляти нові кільця, слід розібратися в існуючих видах цих деталей, їх конструкції та особливостях роботи.
Поршень і поршневі кільця
Види, конструкція та принцип дії поршневих кілець
На один поршень встановлюються два види кілець:
● Компресійні (верхні);
● Маслоскребки (нижні).
Всі кільця розташовані в поперечних пазах (канавах) прямокутного профілю, виконаних ближче до головки поршня.Кільця різних видів відрізняються конструкцією і призначенням.
Компресійні кільця забезпечують герметичність камери згоряння, на один поршень можуть бути встановлені одне, два або три кільця (одне на двотактних двигунах внутрішнього згоряння мотоциклів, два на більшості сучасних чотиритактних двигунів, три на деяких дизелях), розташовані у верхній частині поршня.Конструктивно компресійні кільця дуже прості: це металеве роз'ємне кільце, зріз якого виконаний у вигляді простого (прямого, косого) або складного замку, на деяких кільцях в замку є виїмка під стопор.Замок має невеликий зазор (кілька мікрометрів), який служить для компенсації теплового розширення деталі при роботі двигуна.
Кільця виготовляються зі сталі або спеціальних сортів чавуну, їх зовнішня (робоча) поверхня може мати різний профіль:
● Проста плоска - в цьому випадку каблучка має прямокутний переріз або перетин у формі неправильного чотирикутника;
● Радіус (бочкоподібний) - зовнішня поверхня кільця являє собою дугу кола великого радіуса;
● З фаскою - на зовнішній поверхні робиться фаска невеликої висоти;
● «Хвилинні» кільця - зовнішня поверхня має нахил до вершини, кут нахилу становить кілька десятків кутових хвилин, завдяки чому кільця і отримали свою назву.
Плоский профіль має верхні компресійні кільця, які змушені працювати при високих температурах і тиску в умовах недостатнього змащення.Для зменшення зносу робочу поверхню деталі хромують, фосфатують, лудять або обробляють іншим способом.Таке кільце під час роботи повністю прилягає до дзеркала циліндра, забезпечуючи герметичність і відведення тепла від поршня.
Нижні кільця часто мають більш складний профіль.Стовбурні кільця мають менший опір тертю при збереженні достатнього ступеня ущільнення.«Хвилинні» кільця за рахунок нахилу робочої поверхні зменшують сили тертя: при русі поршня вниз (на робочому ході) кільце загостреним краєм ковзає по дзеркалу циліндра, а при русі вгору — кільце. видавлюється з дзеркала циліндра через утворений масляний клин.
Маслоскребкові кільця забезпечують правильний розподіл масляної плівки по поверхні циліндра і запобігають потраплянню масла в камеру згоряння (зніміть його з дзеркала циліндра).На одному поршні використовується тільки одне кільце, на поршнях двотактних двигунів цих деталей немає (так як масло додається безпосередньо в бензин).Зазвичай маслоскребкові кільця мають збірну конструкцію, до складу якої входять самі кільця і розширювачі.
Поршневі кільця та їх схема дії
Маслоскребкові кільця бувають:
● Нероз'ємний - U-подібне кільце, звернене основою до поршня.В основі є ряд круглих або витягнутих отворів, через які здійснюється стік масла;
● Композитні - використовуються два тонких (розрізних) кільця, між якими знаходиться розпірний елемент.
Розпірні елементи це:
● Радіальні - забезпечують притиск кілець до стінки циліндра;
● Осьові - використовуються тільки в поєднанні з композитними кільцями, забезпечують розтискання кілець;
● Тангенціальні - комбіновані розпірні елементи, забезпечують одночасне розширення кілець і їх тиск на стінку циліндра.
Розпірні елементи являють собою пластинчасті (плоскі) або спіральні пружини, вбудовані між або під кільцями, тільки одна або дві пружини різних типів можуть бути використані в масляному скребковому кільці.
Маслоскребкове кільце притискається до стінки циліндра і завдяки своїй конструкції забезпечує видалення надлишкової масляної плівки.Зібране масло потрапляє в канавку через отвори в кільці, звідки стікає в картер двигуна через отвори в стінці поршня.При цьому частина масла залишається у вигляді тонкої масляної плівки на стінці циліндра, що знижує тертя по всьому ЦПГ.
Як вибрати і замінити поршневі кільця
Під час роботи двигуна поршневі кільця піддаються значним механічним і термічним навантаженням, що призводить до їх поступового зносу і втрати працездатності.У міру зносу кільця перестають виконувати свої функції, що призводить до зниження компресії, просочування газів в картер і масла в камеру згоряння.Також серйозною проблемою є «закоксовка» кілець (заклинювання через скупчення нагару в канавках поршня).В результаті двигун втрачає потужність і чутливість, вихлоп набуває характерного сірого або навіть чорного відтінку, збільшується витрата палива і масла.При появі цих ознак необхідно провести діагностику двигуна - перевірити компресію, оглянути свічки і деякі інші деталі.Якщо компресія занадто низька, свічки забризкані маслом і є проблеми з роботою силового агрегату, то необхідно замінити поршневі кільця.
Для заміни слід вибирати кільця тільки тих типів і каталожних номерів, які передбачені саме для цього двигуна.Слід мати на увазі, що після виконання капітального ремонту двигуна з розточуванням циліндрів необхідно використовувати ремонтні розмірні кільця, що підходять для нових поршнів.
Заміна кілець повинна проводитися відповідно до інструкції з ремонту силового агрегату.Взагалі ця робота вимагає розбирання двигуна і втоплення поршнів.Старі кільця знімають, а канавки ретельно очищають.Нові кільця повинні бути розміщені відповідно до вказівок на них «Верх» або «Вгору».При установці кілець перевіряють зазори між боковою поверхнею деталі і стінкою канавки в поршні, а також в замку кільця, вставленого в циліндр.Усі зазори повинні бути в межах, встановлених для двигуна.Кільця розташовані на поршні так, що їх замки не лежать на одній лінії і не потрапляють на вісь отворів для пальців - так утворюється лабіринт, що перешкоджає прориву газів з камери згоряння.
При установці поршня з новими кільцями в циліндр слід використовувати спеціальну оправку, яка притискає кільця до поршня.Після заміни поршневих кілець рекомендується провести обкатку двигуна - перші 800-1000 км не завищувати швидкість і навантажувати двигун на половину потужності, в кінці обкатки слід замінити моторне масло. .
При правильному виборі і заміні поршневих кілець двигун відновить колишню потужність і буде впевнено працювати на всіх режимах.
Час публікації: 13 липня 2023 р