Поршневые кольца из чего делают – Из каких материалов изготавливают качественные поршневые кольца| Информация, эксплуатация, обслуживание
Поршневые кольца
Поршень и цилиндр двигателя внутреннего сгорания имеют близкие размеры, однако, с какой бы высокой точностью они не изготавливались, между ними все равно остается зазор, через который в картер могли бы свободно проходить газы, образующиеся в результате сгорания рабочей смеси, а из картера в камеру сгорания попадало бы моторное масло. Для предотвращения этих крайне нежелательных явлений применяются поршневые кольца.
Они представляют собой незамкнутые кольца, посаженные с небольшим зазором в предназначенных для этой цели поршневых канавках. По своему предназначению они делятся на две группы:
- компрессионные, задача которых состоит в предотвращении прорыва газов из камеры сгорания в картер двигателя;
- маслосъемные, предназначенные для удаления излишков моторного масла со стенок цилиндров.
Компрессионные поршневые кольца имеют наружный диаметр немного больше диаметра цилиндра. Чтобы деталь могла поместиться внутри, в ней делается вырез, называемый замком.
Количество колец, устанавливаемых на один поршень, может варьироваться. На заре автомобильной эры, когда двигатели были тихоходными, чтобы как можно лучше справиться с потерями компрессии, их количество доходило до семи. В современных двигателях для каждого поршня, как правило, применяется три: два компрессионных и одно маслосъемное. У спортивных автомобилей с высокооборотистыми форсированными моторами инженеры довольно часто ограничиваются и вовсе двумя.
Какие материалы применяются для изготовления поршневых колец
При изготовлении колец применяются различные материалы, такие, как чугун, нержавеющая сталь, хром и молибден. Чугун сочетает в себе невысокую стоимость и достаточно высокие эксплуатационные характеристики, чем вызвано его широкое распространение.
В состав нержавеющей стали входит большое количество хрома для увеличения жаростойкости и сопротивляемости износу. Благодаря этому кольца из «нержавейки», как и хромированные, лучше сопротивляются высоким температурам, нежели чугунные. Поскольку первое компрессионное кольцо работает в условиях недостатка смазки, необходимо учитывать и этот фактор при выборе материала для него. Как нельзя лучше для покрытия подходит все тот же хром. Хромированные изделия намного лучше сопротивляются истиранию.
Молибден применяется в качестве покрытия рабочей части колец с целью увеличения их ресурса. Помимо этого, молибденовые поршневые кольца быстрее прирабатываются к стенкам цилиндров, что особенно важно в случае их замены при проведении капитального ремонта двигателя.
Анатомия поршневых колец
Первое компрессионное кольцо
В наиболее тяжелых условиях находятся первые компрессионные кольца, поэтому к ним предъявляются наиболее высокие требования по жаростойкости и сопротивляемости износу. Чаще всего их изготавливают из чугуна с противоизносной вставкой из молибдена.
На первый взгляд все компрессионные кольца выглядят одинаково, однако их конфигурация может существенно различаться. Например, верхнее может быть немного перекручено. В результате с поверхностью цилиндра контактирует только его кромка, а не вся поверхность. Благодаря этому, уменьшаются потери на трение, и сокращается время приработки.
Другой тип – компрессионные кольца с L-образным участком. Их отличительная особенность – способность менять степень уплотнения в зависимости от давления, оказываемого рабочими газами на тыльную часть большого L-образного выступа. Под давлением они расширяются, улучшая компрессию (во время такта сжатия), когда давление уменьшается, диаметр наоборот, уменьшается, при этом уменьшается трение и износ деталей. Какие из колец лучше, каждый решает сам, поскольку у всех имеются свои преимущества.
Второе компрессионное кольцо
Условия его работы менее напряженные, поэтому требования, предъявляемые к материалу, из которого оно изготовлено, менее жесткие. Второе компрессионное кольцо выполняет двойную задачу:
- обеспечивает дополнительное уплотнение, задерживая газы, прорвавшиеся через первое;
- работает наподобие скребка, препятствуя попаданию моторного масла в камеру сгорания.
Нередко вторые компрессионные кольца имеют форму усеченного конуса, т.е. диаметр верхней части меньше, чем диаметр нижней. Благодаря такой конструкции, при движении поршня вниз со стенок цилиндра удаляется масло.
Оба компрессионных кольца имеют только одно правильное положение для установки, переворачивать их ни в коем случае нельзя, иначе они будут неправильно работать. Для предотвращения ошибок при монтаже на их верхней стороне ставится маркировка, например, «Т» или «TOP».
Маслосъемные кольца
Они устанавливаются под компрессионными. В отличие от последних, их поверхность не сплошная, она имеет окошки, предназначенные для отвода моторного масла. В современных двигателях маслосъемные кольца устанавливаются по одному на каждый поршень, раньше они устанавливались по несколько, особенно в двигателях, предназначенных для стационарного использования.
Подбор запчастей
При выполнении капремонта двигателя необходимо правильно подобрать поршневые кольца, поскольку неправильный подбор приведет либо к отсутствию необходимой компрессии, либо к заклиниванию поршней в цилиндрах с последующим разрушением колец и образованием многочисленных задиров на поршнях и стенках цилиндров. Рассмотрим на примере двигателя ВАЗ-2111, как правильно подобрать нужные детали.
Существует таблица ремонтных размеров поршней и колец, с помощью которой подобрать подходящий диаметр деталей достаточно легко. Базовый диаметр цилиндров мотора ВАЗ-2111 составляет 82 мм, ремонтные поршни имеют увеличенный диаметр: на 0,4 мм для первого ремонта и на 0,8 мм – для второго. Кольца под ремонтные размеры также имеют увеличенный диаметр, и на них проставляется соответствующая маркировка.
В общих чертах процесс капремонта двигателя ВАЗ-2111 выглядит так: цилиндры растачиваются под первый ремонтный размер, при этом оставляется небольшой припуск на хонингование. Затем старые поршни заменяются на новые увеличенного диаметра, и на них монтируются поршневые кольца первого ремонтного размера.
Таблица ремонтных размеров существует для всех двигателей, и подобрать нужный диаметр не составит труда для любого мотора, будь то двигатель ВАЗ или Субару.
| Модель двигателя (ВАЗ) | Размер колец (мм) | ||
|---|---|---|---|
| нормальный | 1-й ремонтный | 2-й ремонтный | |
| 2101, 2103, 2108, 21081, 1111 | 76 | 76,4 | 76,8 |
| 21011, 2105, 2106, 2121 | 79 | 79,4 | 79,8 |
| 21082, 21213, 2110, 11113 | 82 | 82,4 | 82,8 |
Какие кольца лучше
Вопрос, какие поршневые кольца лучше приобрести для замены, не дает покоя многим автовладельцам. При имеющемся многообразии выбор сделать нелегко. Ответить можно так: если цель замены– восстановление нормальной работоспособности мотора, вполне достаточно штатных, если же владелец хочет улучшить характеристики двигателя, лучше обратить внимание на более «навороченные» изделия, например, хромированные или молибденовые.
Поршневые кольца: описание,виды,устройство,назначение,фото,видео. | НЕМЕЦКИЕ АВТОМАШИНЫ
Многим водителям знакомы принципы работы двигателя внутреннего сгорания. В нем много комплектующих, определяющих нормальное функционирование всех систем агрегата. Например, такие, казалось бы, незначительные детали, как поршневые кольца, выполняют достаточно важную функцию в работе мотора.
Если эти детали износились, это сразу отражается на производительности мотора, резко возрастает потребление топлива и моторного масла. Но для того, чтобы поставить новые кольца самостоятельно, нужно разобраться в их видах и особенностях. Если по незнанию поставить на поршень комплект не того диаметра или установить детали в неправильном порядке, это может быть чревато необходимостью капитального ремонта двигателя.
НАЗНАЧЕНИЕ ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ
Не будем подробно разбираться в принципах работы двигателя внутреннего сгорания. Коснемся только вопроса соединения поршней и двигателя цилиндра. Как известно, оно является герметичным. Тем не менее, поршни легко скользят по внутренним кольцам цилиндра, не давая газам из надпоршневого пространства проникать в зазор между двумя поверхностями в картер агрегата.
Тем не менее, некоторая утечка газов все равно происходит даже на полностью исправном двигателе, но при качественных кольцах она составляет допустимую норму и никак не может повлиять на работу агрегата. В том случае, когда эти детали поршня значительно изнашиваются, количество проникающих в картер газов увеличивается.
Но существует и другое назначение, для выполнения ряда таких функций:
- герметичное соединение поверхностей поршней и стенок цилиндра;
- обеспечение нужного количества масла, находящегося на стенках цилиндра, и предотвращение его попадания в камеру сгорания;
- кольца отводит тепло от поршней к стенкам цилиндра, что предотвращает их перегревание и коррозию.
Не трудно догадаться, что поршни выполняют свою задачу в крайне агрессивных условиях. С одной стороны, это экстремальные температуры, возникающие в процессе работы агрегата. С другой – условия масляного голодания в верхней части поршня. Данные задачи решаются за счет подбора материала для всех видов колец и их различная форма.
Важно!Качественные поршневые кольца должны быть достаточно узкими. Специалисты утверждают, что чем тоньше кольцо, тем эффективнее оно будет предотвращать вибрации поршней при высоких оборотах двигателя. Кроме того, они лучше справляются с трением в процессе хода поршня.
Но если двигатель имеет средние показатели мощности, то достаточно будет и обычных, более дешевых широких колец.
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.
ПОДБОР ЗАПЧАСТЕЙ
При выполнении капремонта двигателя необходимо правильно подобрать поршневые кольца, поскольку неправильный подбор приведет либо к отсутствию необходимой компрессии, либо к заклиниванию поршней в цилиндрах с последующим разрушением колец и образованием многочисленных задиров на поршнях и стенках цилиндров. Рассмотрим на примере двигателя ВАЗ-2111, как правильно подобрать нужные детали.
Существует таблица ремонтных размеров поршней и колец, с помощью которой подобрать подходящий диаметр деталей достаточно легко. Базовый диаметр цилиндров мотора ВАЗ-2111 составляет 82 мм, ремонтные поршни имеют увеличенный диаметр: на 0,4 мм для первого ремонта и на 0,8 мм – для второго. Кольца под ремонтные размеры также имеют увеличенный диаметр, и на них проставляется соответствующая маркировка.
В общих чертах процесс капремонта двигателя ВАЗ-2111 выглядит так: цилиндры растачиваются под первый ремонтный размер, при этом оставляется небольшой припуск на хонингование. Затем старые поршни заменяются на новые увеличенного диаметра, и на них монтируются поршневые кольца первого ремонтного размера.
Таблица ремонтных размеров существует для всех двигателей, и подобрать нужный диаметр не составит труда для любого мотора, будь то двигатель ВАЗ или Субару.
| Модель двигателя (ВАЗ) | Размер колец (мм) | ||
|---|---|---|---|
| нормальный | 1-й ремонтный | 2-й ремонтный | |
| 2101, 2103, 2108, 21081, 1111 | 76 | 76,4 | 76,8 |
| 21011, 2105, 2106, 2121 | 79 | 79,4 | 79,8 |
| 21082, 21213, 2110, 11113 | 82 | 82,4 | 82,8 |
КАКИЕ КОЛЬЦА ЛУЧШЕ
Вопрос, какие поршневые кольца лучше приобрести для замены, не дает покоя многим автовладельцам. При имеющемся многообразии выбор сделать нелегко. Ответить можно так: если цель замены– восстановление нормальной работоспособности мотора, вполне достаточно штатных, если же владелец хочет улучшить характеристики двигателя, лучше обратить внимание на более «навороченные» изделия, например, хромированные или молибденовые.
ДЛЯ ЧЕГО НУЖЕН ТЕПЛОВОЙ ЗАЗОР В ПОРШНЕВЫХ КОЛЬЦАХ
Известно, что в процессе перемещения поршня, он воспринимает огромное давление. Это давление передается на коленвал. Именно наличие зазора в конструкции позволяет максимально передать это давление и полностью использовать его величину.
Кроме того, тепловой зазор обеспечивает минимальный контакт поверхностей поршня и цилиндра. В противном случае эти детали подвергались бы повышенному износу. Еще одна не менее важная функция – это обеспечение поверхностей оптимальным количеством масляной смазки. Масло проникает в зазоры, но при этом не попадает в камеру сгорания.
Важно!Необходимый тепловой зазор должен находиться в пределах 0,6-0,3 мм. Кроме того, следует позаботиться о допустимом боковом зазоре между кольцом и стенкой поршня. Нормой является расстояние в 0,08-0,04.
Именно зазоры обеспечивают эффективный отвод тепла от поверхностей деталей. В данном случае они применяются для компенсации избыточного температурного воздействия. В том случае, если приведенные выше параметры не будут обеспечены, двигатель не будет выдавать ожидаемых от него характеристик.
ВИДЫ ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ
В зависимости от своего назначения, поршневые кольца разделяются на такие виды
- компрессионные;
- маслосъемные.
Ранее на поршнях старых двигателей с невысокими показателями мощности устанавливалось большое количество колец. Теперь, для большинства моделей авто используется по три кольца. Устанавливаются они в следующем порядке.
- Верхнее компрессионное. Оно имеет молибденовую противоизносную вставку.
- Второе компрессионное.
- Маслосъемное.
Маслосъемное кольцо состоит из трех частей. Это – верхняя и нижняя маслосъемные пластины, а между ними расположен тангенциальный расширитель.
Именно так выглядит набор поршневых колец для современных бензиновых двигатель. В зависимости от года выпуска автомобиля, могут применяться и другие комплекты деталей.
Компрессионные поршневые кольца предназначаются для уплотнения поверхностей поршня и цилиндра, они же предотвращают проникновение газа в камере сгорания и обеспечивают отвод тепла.
Эти виды деталей так или иначе отличаются друг от друга. Стоит учитывать и тот факт, что различные производители могут изменить конструкцию и материал колец, таким образом повышая их показатели прочности и улучшая работоспособность агрегата.
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.
ПОХОЖИЕ СТАТЬИ:
- Новый Audi Q2 2016-2017 описание технические характеристики фото видео
- Golf VII (лифтинг 2016) технические характеристики
- Фольксваген каравелла Т6 2016 комплектации и цены обзор описание характеристики фото видео.
- Фольксваген T-Cross 2019: двигатели,опции,оборудовании,технологии,фото,обзор
- Бмв x5 2019: обзор,фото,комплектации,цена,характеристики
- Порше Панамера 2019: обзор,характеристики,комплектации,цены,фото
- Ауди Q3 2019 года: обзор,фото,характеристики,комплектации,цена
- Мерседес Майбах 2019 года: описание,обзор,фото,характеристики,цена
- Мерседес Гелендваген G-class — 2019 года: характеристики,комплектации,цена,фото
- Опель Корса 2019 года: характеристики,цена,фото ,комплектация
- Опель Астра gtc 2019 года: технические характеристики,цена,фото,внешний вид
- Тонировка авто: виды пленок и как наклеить самому
- Хендай Солярис 2019 года: комплектация,цена,характеристики,фото,описание
- 15 Самых дорогих внедорожников в мире
- Фольксваген Тигуан 2019 года:описание,обзор,характеристики,фото
Из каких материалов изготавливают качественные поршневые кольца| Информация, эксплуатация, обслуживание
Поршневые кольца напрямую влияют на работу скутера в целом, от них зависит и срок службы, и качество работы мотосредства. И в этом вопросе не последнюю роль играет качество их изготовления и материал, от которого в дальнейшем будет зависеть назначение поршневых колец, а также их тип.
Базовые моменты изготовления поршневых колец будут рассмотрены в статье, а также будут указаны основные материалы для их изготовления.
Современные модификации поршневых колец производятся из перлитного чугуна высокого качества. Этот материал очень хорошо себя зарекомендовал в области мотостроения, поэтому производители очень часто используют именно его. Перлитный чугун обладает повышенными показателями по антифрикции и износостойкости, которые достигаются при помощи мелких частичек пластинчатого графита. Именно такая структура позволяет достигать отличных антифракцийных показателей.
Чугунные кольца на этапах своего производства подвергаются обдирке, после чего их искусственно состаривают. Процесс старения происходит исключительно при высоких температурах (более 500 градусов Цельсия).
Поршневые кольца, используемые в самых важных узлах мотосредства, изготавливают методом литья в кокили. Этот способ хорош тем, что после отливки детали получаются практически идеальной формы с минимальными припусками, поэтому финишная обработка сводится к минимуму, ускоряя процесс изготовления поршневых колец.
Те поршневые детали, которые будут эксплуатироваться в узлах с обильной смазкой, очень часто производят из специального состава стали, который носит название пружинная. Этот материал поддается закаливанию, для чего заготовки опускаются в печи, где постоянно поддерживается температура до 500 градусов Цельсия. Эти поршневые кольца не могут использоваться в цилиндрах, у которых стенки не отличаются повышенной прочностью.
Реже, но можно встретить поршневые кольца из кованой бронзы, причем бронза может быть абсолютно разных марок, а также из бронзы стандарта БрБ2, которую еще называют бериллиевая.
Некоторые модели поршневых колец могут подвергаться дополнительной обработке по копиру. Если используется этот метод, то каждую деталь точат и фрезеруют, доводя ее размеры до нужных параметров. Далее изготавливается замок, для чего в форме создается прорез, а затем концы кольца сводятся, и проводится обработка обеих поверхностей (внутренней и наружной). Чтобы качественно провести этап обработки, применяют специальные круглошлифовальные станки.
Весь процесс изготовления поршневых колец строго регламентирован. Когда происходит накатка, деталь укладывается в определенную канавку на вращающейся части агрегата. Тыльная сторона кольца обрабатывается роликом, установка которого в станок выполняется определенным образом. При этом самое максимальное давление создается на обратной от замка стороне поршневого кольца. В результате этого появляется определенная пружинистость кольца, которое стремится выпрыгнуть наружу. После того как закончена обработка тыльной стороны, поддаются шлифовке торцы и наружная часть поршневого кольца.
Весь процесс обработки поршневого кольца на круглошлифовальном станке называется нагартовкой. В результате подобной обработки происходят изменения во внутренней структуре детали. Если рассматривать физическую природу процесса, то можно отметить появление такого параметра, как напряжение сжатия, которое задается изначально и строго контролируется изготовителями. Сжатие должно иметь значение, противоположное напряжению растяжения, поэтому в тот момент, когда происходит установка кольца на поршень, этот параметр строго контролируется. Положительным моментом такого метода считается возможность увеличения габаритных размеров детали без абсолютной потери внешнего давления в структуре заготовки в целом.
Но эти этапы не являются завершающими. После них еще идет притирка, происходящая в эталонном цилиндре. Этот узел создан специально для того, чтобы проверить, насколько точно деталь прилегает и какие имеются зазоры. Все эти параметры должны точно соответствовать нормативным значениям, иначе поршневое кольцо не сможет попасть в продажу.
Описанные этапы могут иметь отличия, поскольку каждое производство и каждый изготовитель вносит свои коррективы, учитывая назначения поршневых колец и условия их будущей эксплуатации.
Кольца компрессионные, маслосъемные, установка
Поршневые кольца
Поршневые кольца формируют уплотнение между стенкой цилиндра и поршнем. Должны обеспечивать хорошее уплотнение по всей плоскости цилиндра в широком диапазоне температур. В четырех тактных двигателях чаще применяется три кольца, из них два компрессионных и нижнее маслосъемное.
- Компрессионные кольца обеспечивают надежное уплотнение между цилиндром и поршнем для герметизации камеры сгорания.
- Отвод тепла от поршня к стенкам цилиндра.
- Маслосъемные кольца удаляют излишки масла со стенок цилиндра предотвращая его попадания в камеру сгорания. Однако удаляют не полностью, а регулируют, оставляя необходимое количество масла для компрессионных колец.
Первое компрессионное кольцо
Предназначено исключительно для предотвращения прорыва расширяющихся газов в камере сгорания. Во время цикла «рабочий ход» нарастающее давление в камере сгорания прижимает первое компрессионное кольцо ко дну канавки поршня и сильнее прижимает к стенкам цилиндра, тем самым обеспечивая достаточную изоляцию камеры сгорания. Давление в канавке кольца сохраняется на последующих тактах не
успевая снизиться. Зазор между кольцом и канавкой составляет 0.04-0.08 мм
Защищает второе кольцо от высокой температуры сгорания и уменьшает нагрузку. Имеет наибольший теплоотвод от поршня к цилиндру, примерно 50-60% отводимого тепла от поршня к цилиндру приходится на компрессионные кольца. Некоторая часть газов прорывается, второе кольцо приступает к выполнению своих функций, об этом чуть позже.
Первое компрессионное кольцо изготавливается из высокосортного чугуна, способного выдерживать высокие температуры и нагрузку при этом имея не большой коэффициент теплового расширения. Во время работы двигателя температура кольца достигает 180-210°C, в верхней мертвой точке где практически нет смазки из-за трения, достигается еще большая температура. На внешней рабочей поверхности кольца часто присутствует специальное покрытие для снижения трения. Это может быть плазменная наплавка молибдена, металлокерамики, керамики. Чаще встречается хромовое покрытие, имеющее серый матовый цвет (наносится гальваническим метолом) и своеобразную пористую структуру, позволяющую задерживать масло для большего снижения трения. Остальные поверхности имеют черный цвет в результате фосфатирования. Покрытие обеспечивает антифрикционные и антикоррозийные свойства.
Компрессионные кольца производятся не совсем круглыми, а имеют сложную форму дуги в свободном состоянии и достаточно большой концевой зазор. Когда кольцо займет свое место в поршне и будет вставлено в цилиндр, оно будет обеспечивать равномерную прижимную силу в любой точке окружности.
Второе компрессионное кольцо
Работает в более благоприятных условиях и выполняет функцию дополнительного уплотнения так же из-за специальной формы помогает маслосъемному снять излишки масла, оставляя только масленую пленку на поверхности цилиндра. Средняя температура кольца 150 — 170 °C в режиме работы. Зазор между кольцом и канавкой поршня немного ниже чем у первого 0.03-0.06 мм. Разнообразие форм колец обуславливает выполнение определенных функций. Таких как распределение нагрузки в канавке, уменьшение трения юбки поршня методом аквопланирования по маслу, удаление излишек масла.
Фаска на внутренней стороне кольца определяет в какую сторону будет изгибаться кольцо. Если фаска снизу, то кольцо после нагрева будет выворачиваться наружной поверхностью вниз, как показано на картинке. И соответственно если фаска сверху, то и выворачиваться рабочая поверхность кольца будет вверх.
Маслосъемное кольцо
Под компрессионными кольцами располагается маслосъемное кольцо, выполняющее функцию удаления излишек масла со стенок цилиндра.
Большое количество масла, проникающее через компрессионные кольца в камеру сгорания, плохо сказывается на работе двигателя. В процессе работы сгорающее масло откладывается на стенках клапанов, камере сгорания, свечах, дне поршня. Большой нагар сильно разогревается, повышается вероятность детонации. Выпускные клапана подвергаются увеличенной температурной нагрузке.
Тонкий слой масленой пленки, оставляемый маслосъемными кольцами, снижает силу трения компрессионных колец, увеличивая их долговечность. В отличии от компрессионных маслосъемные не прижимаются рабочим давлением газа к плоскости канавки в поршне и стенкам цилиндра, поэтому имеют специальные осевые и радиальные расширители.
По конструкции можно выделить два типа колец: коробчатые и наборные те и другие могут иметь различные расширители.
При движении поршня вниз маслосъемные кольца соскребают со стенок цилиндра излишки масла направляя их по дренажным отверстиям в поршне обратно в картер. Масляный клин перед кольцом помогает эффективно смазывать скользящую юбку поршня. Стенки цилиндра имеют шероховатость, так называемый хон, который позволяет задерживать тончайший слой масла, для компрессионных колец.
Большее распространение получили наборные кольца, состоящие из двух тонких стальных пластин, (часто имеющих различные покрытия для снижения терния) и тангенциального расширителя, выполняющего одновременно осевое и радиальное расширение. Используются в современных двигателях.
Особенности установки маслосъемных колец
Хочу обратить ваше внимание на установку именно маслосъемных колец. С компрессионными не должно возникнуть проблем если соблюдать простые правила, устанавливать надписями вверх (надписи, точка) и пользоваться специальным инструментом.
При установки маслосъемных могут возникнуть трудности при отсутствии надписей, или правильность установки замка расширителя. Разберемся в этом подробнее. Если надписи отсутствуют, то не имеет значения какой стороной вы поставите кольцо и какое из них будет сверху, а какое снизу (наборные).
Часто ошибки возникают при установке поршня в цилиндр, даже если используется специальных хомут для стяжки колец на поршне. Особенность состоит в следующем. При сборке маслосъемного кольца стоит обратить внимание на замок расширителя и правильность его стыковки. Для наглядности смотрим изображение ниже.
Во время сжатия колец на поршне замок расширителя маслосъемного кольца может соскочить с правильного положения и лечь в нахлест собираясь по спирали, таким образом пластины проваливаются через расширитель и это приведет к задиру стенок цилиндра, и канавок поршня. Чтобы этого избежать стягивающий хомут следует располагать таким образок как показано на изображении.
Соблюдая простые правила, вы правильно установите кольца в цилиндре.
Поршневые кольца и их назначение
Для чего нужны поршневые кольца и какими они бывают.
Нержавеющая сталь один из материалов при производстве поршневых колец, разработаны они в помощь поршню, чтобы создать достаточное давление в камере сгорания и отвести излишки моторного масла.
Автомобильная промышленность при создании двигателей внутреннего сгорания не могла обойти один из камней преткновения, а именно, донышко самого поршня ну никак не может быть одного диаметра с цилиндром. Значит должен быть между ними определенного размера зазор, но как тогда избежать попадания моторного масла в камеру сгорания? Использование в конструкции гибкого кольца с надежным подвижным замком и стало решением этой проблемы.
А поршневые кольца бывают разными?
Кольца делятся на 2 типа:
- Компрессионные – как мы явно понимаем из названия, предназначены для создания компрессии. Пространство между поршнем и цилиндром не даст создать нужного давления, поток газов при расширении обязательно попадет в картер. Решение задачи при помощи, стальных тонких колец с не большим разрезом было гениальной идеей. Разрез, он же замок дает кольцу свободно сжиматься и разжиматься в точно выверенных пределах и одновременно крепко держаться в пазах, на внешней части поршня.
Изготавливают кольца из стали с высоким коэффициентом упругости. Аналогию можно провести с пружинкой, находясь в поджатом состоянии, оно очень плотно прилегают к стенкам цилиндра. По мере эксплуатации двигателя кольца стачиваются о стенки цилиндра (ведь они находятся в постоянном напряжении), а в следствии теряется компрессия и количество картерных газов увеличивается.
У новых автомобилей сегодня на каждом поршне стоит по 3 колечка. Два, из которых именно компрессионные. Даже учитывая этот факт, мы не можем полностью изолировать камеру сгорания. Решение как многие уже догадались простое, размещать кольца так, чтобы их замки не пересекались. Логично устанавливать их с разворотом на 120 градусов. Это золотое правило и при капиталке.
- Маслосъемное кольцо отвечает за съем излишек масла, которые попадают на нижнюю часть цилиндра. Масло проникает туда благодаря вращению коленвала, ведь именно он создает бурю из воздуха и моторного масла в картере двигателя. Необходимость в этом понятна, нужно смазывать цилиндры для свободного скольжения поршня, но проникновение его в камеру сгорания – недопустимо. Если масло попадет в цилиндр, ремонта двигателя не избежать.
Представьте, в четко отлаженный механизм, в котором все выверено до миллиметра врывается масляный поток, под воздействием высоких температур он начинает гореть и покрывать жженым осадком – нагаром, зеркальные стенки цилиндра, поршень, клапана и кольца. А при всем этом, как правило, компрессионные кольца перестают выполнять свою функцию. Причина в образовавшемся на них нагаре, который не позволяет кольцам разжиматься. Сразу чувствуется потеря мощности двигателя.
Правильная эксплуатация поршневых колец
Помните, что не прогретый двигатель в момент работы его на высоких оборотах, очень сильно влияет на износ поршневых колец. Все слышали, что машину после покупки в автосалоне следует эксплуатировать в щадящем режиме, первые две-три тысячи километров. И тут снова вступают колечки, в момент работы нового двс они проходят цикл притирки к цилиндрам и имеющийся на это время зазор со временем полностью пропадает. Если вы ответственный автолюбитель, не пренебрегайте режимом обкатки и старайтесь прогревать двигатель перед началом движения.
Еще можно заострить внимание на такую деталь как замок, существует немало его типов. От прямоугольного выреза, до ступенчатого или даже косого разреза. В зависимости от типа замка, увеличивается надежность его крепления, а также стоимость. В серийных автомобилях, производители для экономии используют самые дешевые, с вырезом в виде прямоугольника. Кстати такой тип замка имеет самые низкие характеристики по качеству уплотнения.
При визуальном осмотре не подготовленному человеку трудно разглядеть разницу между кольцами. Ведь кто-то может посмотреть и сказать, что они какие-то гнутые, не ровные. Но это не совсем так, все может быть сделано намеренно, для форсирования процесса притирки поверхностей.
Видео о поршневых кольцах:
Видео о замене поршневых колец:
Поршневые кольца двигателя, какие они бывают и их основное предназначение.
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.
Некоторые производители, например BMW, изначально конструируют двигатели с повышенным расходом масла на угар из-за особой конструкции поршневых колец. Это делается, во-первых, ради снижения потерь на трения; во-вторых, ради меньшего износа цилиндро-поршневой группы; в-третьих, освежается масло внутри большого межсервисного интервала. .
Из чего делают кольца двигателя?
Одним из материалов, использованных для поршневых колец — чугун. Его структура позволяет ему удерживать масло, уменьшая износ. Широко используется также производная от ковкого чугуна — пластичный чугун. Он обладает большинством качеств чугуна и 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 такие кольца имеют свойства, аналогичные свойствам хромированных колец. Нержавеющая сталь также имеет способность противостоять высокой температуре, превосходящую хромированный чугун.
Для увеличения срока службы колец и обеспечения быстрой их приработки созданы молибденовые кольца. Его основа из чугуна с молибденовым покрытием. Молибден обладает многими противоизносными свойствами хрома, а в некоторых случаях может иметь большую сопротивляемость износу. С течением времени молибденовые кольца стали основными в двигателях, так как они долговечны, относительно легко прирабатываются и более надежны.
Верхние компрессионные кольца двигателя
Существует много конфигураций верхнего компрессионного кольца и различия 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 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.
Второе компрессионное и маслосъёмное 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 смотря 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 от того, как работают другие кольца. Если верхнее компрессионное кольцо обеспечивает качественное уплотнение, то беззазорное второе компрессионное кольцо менее важно. В реальности дело обстоит не так и второе беззазорное компрессионное кольцо может быть средством при получении большей мощности.
Маслосъемные кольца важны для функционирования двигателей, особенно при использовании низкооктанового бензина. Моторное масло загрязняет камеры сгорания и головки поршней, что вызовет снижение мощности. .
Если Вам понравился материал, поставьте, пожалуйста, лайк в вашей социальной сети.
Конструкция и форма поршневых колец
Материалы для изготовления поршневых колец
Материалы для изготовления поршневых колец выбираются по наличию у них антифрикционных свойств и по условиям, при которых должны работать поршневые кольца. Хорошая эластичность и коррозионная стойкость важны точнотакже, как и высокая сопротивляемость по отношению к повреждениям при экстремальных условиях эксплуатации. Серый чугун является на сегодняшний день ещё основным материалом, из которого изготавливаются поршневые кольца. С трибологической точки зрения серый чугун, с содержащимся в его структуре прослойками графита, обладает отличными антифрикционными свойствами (сухое смазывание графитом).
Они важны особенно тогда, когда смазывание больше не обеспечивается моторным маслом или маслянистая плёнка уже разрушена. Кроме того, графитовые жилки в структуре кольца являются своеобразным масляным резервуаром и при неблагоприятных условиях эксплуатации мешают разрушению маслянистой плёнки.
В качестве разновидностей серого чугуна используются следующие материалы:
• Чугун с пластинчатой структурой графита (чугун с пластинчатым графитом), обогащённый и необогащённый.
• Чугун с глобулярной структурой графита (чугун с шаровидным графитом), обогащённый и необогащённый.
Процесс литья поршневых колец |
В качестве стальных материалов используются хромистая сталь с мартенситной микроструктурой и пружинная сталь. Для повышения износостойкости поверхности колец подвергаются закалке. Это происходит, как правило, с помощью нитрирования*.
* Нитрирование обозначается на языке специалистов также, как азотирование (подача азота) и представляет собой метод для закалки стали. Нитрирование проводится, как правило, при температуре от 500 до 520 °С. Время обработки — от 1 до 100 ч. На поверхности детали благодаря прямой диффузии азота образуется очень твёрдый поверхностный слой межсоединений из нитрида железа. В зависимости от времени обработки он может достигать толщины в 10-30 мкм. Распротранёнными методами являются нитрирование в соляной ванне (например, коленчатых валов), газовое азотирование (поршневых колец) и нитрирование плазмой
Материалы для покрытия рабочей поверхности
На рабочие пояски или рабочие поверхности поршневых колец для улучшения трибологических* свойств можно наносить покрытие. При этом, прежде всего, на первом плане стоит повышение износостойкости и обеспечение смазывания и уплотнения в экстремальных условиях эксплуатации. Материал для покрытия должен гармонировать как с материалами, из которых изготовлены поршневое кольцо и стенка цилиндра, так и со смазкой. Использование покрытия рабочей поверхности у поршневых колец нашло широкое распространение. Часто кольца двигателей серийного производства имеют покрытие из хрома, молибдена и феррооксида.
Но используются также и кольца с CKS (слоями хрома — керамики) или с покрытием, нанесённым методом физического отделения из парообразной фазы (PVD = Physical Vapour Deposition). Нитрид титана (TiN) и азотистый хром (CrN) используются при более мелких сериях производства (прежде всего, у гоночных двигателей). * Трибология (греч.: учение о трении) включает в себя исследования и технологию действующих изменений поверхностей, движущихся относительно друг друга. Эта наука занимается описанием трения, износа и смазывания. |
Молибденирование
Во избежание следов пригара рабочая поверхность компрессионных колец (только не маслосъёмных колец) может быть наполнена молибденом или по всей поверхности им покрываться. Это может происходить как в процессе газопламенного, так и в процессе плазменного напыления. Молибден гарантирует из-за его высокой точки плавления (2620 °С) более высокую термостойкость. Кроме того, благодаря этому методу нанесения покрытия, можно получить пористую структуру материала. В возникающих из-за этого микропустотах на рабочей поверхности колец (рис. 2) может собираться моторное масло, которое гарантирует, что даже при экстремальных условиях эксплуатации ещё имеется достаточно смазки для рабочей поверхности кольца.
Свойства:
• Высокая термостойкость,
• Хорошие антифрикционные свойства.
• Более мягкий чем хром.
• Менее износостойкий чем хромовые кольца (более восприимчив к загрязнениям).
• Более восприимчив к вибрации поршневых колец (вследствие этого выбросы молибдена при экстремальных нагрузках, таких, как, напр., детонационное сгорание и др. сбои процесса сгорания).
Хромирование
Хромовое покрытие может наноситься как гальваническим методом, так и методом плазменного напыления. У маслосъёмных поршневых колец применяется гальваническое нанесение покрытия.
Свойства:
• Большой срок службы (износостойкость).
• Твёрдая,нечувствительная поверхность.
• Меньший износ цилиндров (примерно 50% по сравнению с кольцами без покрытия).
• Хорошая сопротивляемость по отношению к следам пригара.
• Антифрикционные свойства хуже чем при молибденировании.
• По причинехорошей износостойкости необходимо больше времени для приработки, чем у неармированных, маслосъёмных со стальными пластинками или U-образных пружинных маслосъёмных поршневых колец.
Виды покрытия рабочей поверхности кольца
Рис. 4 — Полностью с покрытием |
Рис. 5 — Со вставкой с нанёсенным покрытием в рабочей поверхности кольца |
Рис. 6 — Снеподной наружной оболочкой с одной стороны |
Отслаивание покрытия
Время от времени происходит отслаивание напылённого молибденом и феррооксидом покрытия рабочей поверхности. Причиной этому являются в основном ошибки при монтаже поршневых колец (слишком сильное растягивание при надевании на поршень и натягивание колец, как показано на рисунке 1). При неправильном надевании колец на поршень покрытие разламывается только на спинке кольца (рис. 2). Если нанёсеное покрытие на стыковых концах отслаивается (рис. 3), то это указывает на вибрацию поршневого кольца из-за сбоя процесса сгорания (напр., детонационное сгорание).
Рис. 1
Рис. 2 |
Обработка рабочей поверхности (обтачивание, притирка, шлифование)
Рабочие поверхности поршневых колец из чугуна, как правило, подвергаются только тонкой обточке. Из-за небольшого времени приработки неармированных колец отказываются от обработки рабочей поверхности шлифованием или притиркой. Рабочие поверхности с нанесённым покрытием или подверженные закалке либо только шлифуются, либо притираются. Причина этого состоит в том, что благодаря хорошей износостойкости это длилось бы очень долго до тех пор, пока кольца приняли бы круглую форму и стали бы хорошо уплотнять. Результатом были бы потеря мощности и высокий расход масла.
Рис. 4 |
Выпуклая форма рабочей поверхности
Следующая причина для использования процесса шлифования или притирки это форма рабочей поверхности. Поршневые кольца прямоугольного сечения из-за движения вверх и вниз, а также из-за движения кольца в кольцевой канавке (скручивание кольца) принимают по прошествии некоторого времени на рабочей поверхности выпуклую форму (рис. 5 и 6). Это положительно отражается на образовании маслянистой плёнки и сроке службы колец.
Рис. 5
Рис. 1 — Симметричная выпуклость |
Рис. 2 -Асимметричная выпуклость |
Уже при производстве колец с нанесённым покрытием им придают несколько выпуклую форму. Вследствие этого они не должны получать определённую форму при приработке, а уже с самого начала имеют желаемую форму и уже предварительно приработанную рабочую поверхность. Благодаря этому нет не только повышеного износа от приработки, но и вместе с ним связанного расхода масла. Из-за точечного контакта рабочей поверхности кольца появляется более высокое специфическое давление прижима на стенку цилиндра и, вместе с этим, более хорошая герметизация от газа и масла. Также уменьшается опасность кромочного контакта, исходящая от ещё острых кромок кольца. У кольца из хрома есть и без того всегда перелом кромки для того, чтобы предотвратить продавливание масляной плёнки при приработке. Очень твёрдый хромовый слой при не очень удачной конструкции мог бы привести к значительному износу и к повреждению более мягкой стенки цилиндра.
Симметричные, выпуклые рабочие поверхности кольца (рис. 1), независимо от того, являются ли они результатом приработки или уже производства, обладают очень хорошими антифрикционными свойствами и создают определенную толщину маслянистой плёнки. При симметричной выпуклости толщина маслянистой плёнки при движении поршня вниз и вверх везде одинаковая. Силы, действующие на кольцо и позволяющие ему всплывать на масляной плёнке, в обоих направлениях равны.
Если выпуклость — уже результат производства кольца, то для лучшего контроля расхода масла существует возможность создать асимметричную выпуклость. Высшая точка выпуклости находится тогда не в середине рабочей поверхности, а немного ниже (рис. 2).
При движении кольца вверх оно хорошо скользит по масляной плёнке в направлении верхней мёртвой точки, так как образование масляного клина, благодаря большей действующей площади над вершиной выпуклости кольца больше, чем под ней (рис. 3). Скорее всего, кольцо выдавливается масляной плёнкой, а не наоборот. Это означает, что толщина маслянистой плёнки при движении вверх сильно не уменьшается. При движении кольца вниз (рис. 4), из-за меньшей действующей площади под вершиной его выпуклости оно не может так сильно планировать на масляной плёнке. Большее количество масла снимается и транспортируется обратно в кривошипную камеру. Вследствие этого, асимметрично выпуклые кольца служат также и для контроля расхода масла, особенно при неблагоприятных условиях эксплуатаци и в дизельных двигателях. Это случается, например, после более длительных фаз холостого хода, следующих за периодами полной нагрузки, при которой часто происходит выброс масла в выпускную систему и появляется голубой дым при повторном газовании.
Рис. 3 |
Обработка поверхности
В зависимости от конструкции поверхности поршневых колец могут быть либо без покрытия, либо фосфатированными, либо покрытыми медью. Это влияет лишь на антикоррозионные свойства колец. Кольца без покрытия, хоть они прекрасно и блестят пока новые, они, однако, совсем незащищены от появления ржавчины. Фосфатированные кольца имеют матово-чёрную поверхность и защищены слоем фосфата от появления ржавчины.
Покрытые медью кольца также хорошо защищены от ржавчины и имеют лёгкую защиту от образования следов пригара, образующегося во время приработки. Медь обладает определённым эффектом сухой смазки и, вследствие этого, минимально выраженными антифрикционными свойствами при приработке.
На работу колец обработка поверхности, тем не менее, не влияет. Таким образом, качество поршневого кольца не зависит от его цвета.