Содержание
Рассматривая принцип работы двигателя внутреннего сгорания, можно понять, что основные процессы проходят в цилиндрах. Причем для этого требуется создание определенных условий, одним из которых является обеспечение герметичности камеры сгорания – пространства, находящегося над поршнем. При этом сам поршень – подвижный элемент, который перемещается внутри цилиндра, то есть между ними имеется скользящее соединение.
Стоит отметить, что диаметр поршня должен быть меньше внутренних размеров цилиндра. А все потому, что проходящие в цилиндрах процессы сопровождаются выделением значительного количества тепла. Из-за воздействия большой температуры металлы расширяются. Если бы диаметр поршня был равен цилиндру, то при нагреве происходило бы заклинивание. Получается, что между этим элементами имеется зазор, то есть герметичности не будет. Чтобы решить эту проблему, в конструкцию ЦПГ добавлен еще один элемент – специальные кольца, установленные на поршнях.
Назначение, виды, особенности
Эти элементы ЦПГ имеют ряд важных функций:
- Обеспечивают герметичность камеры сгорания.
- Осуществляют регулировку количества смазочного материала, используемого для смазки стенок цилиндра, а также предотвращают его попадание в надпоршневое пространство.
- Выполняют отвод тепла от поршня цилиндру.
Функционирование поршневых колец проходит в достаточно сложных условиях – высокотемпературное воздействие, значительные механические нагрузки, возникающие не только от постоянного воздействия газов, но и от повышенного трения из-за недостатка смазочного материала в области днища поршня. 
Одно кольцо не справилось бы с поставленными задачами, поэтому на поршень устанавливается несколько элементов, каждое из которых выполняет определенные функции. Все поршневые кольца делятся на два типа:
- компрессионные (предназначенные для обеспечения герметичности);
- маслосъемные (выполняют регулировку количества смазки в ЦПГ).
Общее количество может быть разным и зависит от конструктивных особенностей силовой установки. Наибольшее распространение получила трехкольцевая компоновка (2 – компрессионных, 1 – маслосъемное). Но есть двигатели, у которых их количество может достигать и 7 штук. А к примеру, на двухтактных двигателях устанавливается только два компрессионных, а маслосъемное не используется.
Все используемые кольца – незамкнутого типа. То есть, они не сплошные (его просто невозможно было бы установить в поршневую канавку), и в нем имеется вырез, кстати, играющий тоже важную роль.
В разжатом состоянии кольца сделаны в форме овала, при этом расстояние между концами значительное. Это дает возможность без проблем надеть его на поршень и установить его в специальную канавку в нем. При посадке в цилиндр оно принимает правильную круглую форму, что обеспечивает прилегание по всей окружности, при этом вырез (замок) уменьшается, и этот зазор составляет всего 0,15-0,5 мм. Этот зазор является тепловым, и в его задачу входит компенсация размеров в результате теплового расширения.
Поскольку есть зазор, то газы могут через него проходить в подпоршневое пространство. Чтобы исключить этот фактор и устанавливается два компрессионных кольца. Они создают так называемое уплотнение лабиринтного типа, для чего замок первого кольца развернут на 180 град. относительно второго. Но даже такое решение не обеспечивает полной герметизации надпоршневого пространства и часть газов проникает в картер.
Видео: Теория ДВС: Поршневые кольца (часть 2)
Отметим, что установка дополнительного третьего компрессионного кольца хоть позволяет снизить утечки, но при этом сила трения в ЦПГ сильно возрастает, поэтому такое решение является нецелесообразным.
Компрессионные кольца
Основная нагрузка приходится на первое компрессионное кольцо, расположенное ближе всего к днищу поршня. Его основная задача – обеспечение герметичности камеры сгорания. Именно на него приходится больше всего высокотемпературного воздействия и давления газов, и все это в условиях нехватки смазочного материала. Чтобы максимально снизить трение между стенкой и кольцом, у последнего рабочая поверхность делается закругленной. Также уменьшить износ верхнего кольца при функционировании в тяжелых условиях позволяет молибденовая или хромовая вставка, нанесенная напылением на поверхность, но само оно делается из эластичного высокопрочного чугуна, но иногда используется и сталь.
Видео: 2.0 Теория ДВС: Ошибка установки маслосъемного наборного поршневого кольца
Примечательно, что рабочие газы принимают участие в создании герметичности камеры сгорания. Для этого высота кольца несколько меньше высоты канавки. Через образуемый зазор газы проникают внутрь канавки и начинают давить на внутреннюю поверхность кольца, дополнительно прижимая его к стенке.
Некоторые производители занимаются выпуском так называемых «неразъемных» компрессионных колец. На деле же оно состоит из двух плоских колец, которые после посадки на поршень, замками разворачиваются на 180° относительно друг друга. По сути, такая конструкция позволяет осложнить лабиринтное уплотнение, тем самым снизив количество пропускаемых газов.
Второе компрессионное кольцо выполняет две задачи. Во-первых, оно является элементом лабиринтного уплотнения и предотвращает проникновение прорвавшихся через верхнее кольцо газов в подпоршневую полость. А во-вторых, оно принимает участие в регулировке количества смазки на стенках цилиндра. Этот элемент обладает специфической формой рабочей поверхности (конусную или Г-образную). Такая поверхность играет роль скребка, снимающего излишки смазки со стенок, и сбрасывает его к маслосъемному кольцу. Поэтому его еще еще называют скребковым.
Поскольку оно воспринимает значительно меньшие нагрузки, чем первое, то в его конструкции не используются высокопрочные напыления, оно изготовлено полностью из пластичного чугуна.
Маслосъемные кольца
В задачу маслосъемных колец входит регулировка толщины масляной пленки на стенках цилиндра, именно регулировки, а не полного удаления смазочного материала. Если масла будет недостаточно, то сила трения будет увеличена, что приведет к быстрому износу колец, а также возможному появлению задиров на стенках цилиндров. Большое же его количество при сгорании в камере сгорания будет оседать в виде нагара на всех поверхностях внутри ее.
Конструктивно этот элемент самый сложный и он единственный, которое имеет дренажные отверстия для отвода снятого масла. На автомобилях могут использоваться два их типа:
- П-образные.
- Составные.
Рабочими элементами П-образного кольца являются две кромки, которые соскабливают смазочный материал со стенок. Причем масло, снятое верхней кромкой проходит через отверстия дренажа и по каналам, проделанным в поршне, стекает вниз. Смазка же, соскобленная нижней кромкой уходит вниз по стенкам юбки поршня и цилиндра.
Видео: Поршни вставляем в блок цилиндров
Чтобы обеспечить необходимое прижатие к поверхности, используются специальные тангенциальные расширители:
Устанавливаются эти расширители в поршневую канавку под кольцо. Для спирального расширителя на внутренней поверхности кольца проделывается специальный паз.
Составные маслосъемные кольца отличаются разборной конструкцией, включающей в себя несколько элементов, а именно две плоских кольцевых пластины (изготовленные из стали и покрытые хромом), между которыми помещается два расширителя – тангенциальный и осевой. В некоторых случаях используется только один расширитель, обеспечивающий расширение в обоих направлениях.
Основные неисправности
Поскольку эти элементы ЦПГ находятся в постоянном контакте со стенкой цилиндра, то главной их неисправностью является износ рабочих поверхностей. Ресурс этих элементов во многом зависит от материала изготовления и условий эксплуатации, и он может варьироваться от 150 тыс. до 1 млн. км.
Но несоблюдение правил эксплуатации может значительно сократить их срок службы. Повлиять на ресурс могут:
- Несвоевременная замена смазочного материала в силовой установке.
- Использование низкокачественного топлива.
- Частая эксплуатация авто в условиях пробок или кратковременные поездки.
- Создание чрезмерно больших нагрузок на силовую установку.
- Перегрев мотора.
Основными признаками сильного износа поршневых колец является сильное падение компрессии, вследствие чего падают мощностные и динамические показатели авто и увеличивается расход топлива, а также значительное повышение расхода смазочного материала.
Большинство поршней современных двигателей оснащены тремя поршневыми кольцами, два верхних из которых компрессионные и одно нижнее маслосъемное. Маслосъемное кольцо существует двух типов: цельное и наборное.
Наборные маслосъемные кольца выполняют ту же функцию, что и цельные маслосъемные кольца, только гораздо эффективнее, что косвенно подтверждается их ценой.
Обычно при замене колец, без перешлифовки блока, а также и после выполнения шлифовки и хонинговки блока и установки ремонтных поршней мотористы стараются ставить наборные маслосъемные кольца, как более надежные.
Если в рабочий поршень поставить цельное маслосъемное кольцо меньшей высоты, то будет наблюдаться повышенный расход масла из-за увеличенного зазора между канавкой поршня и кольцом по высоте (так наз. насосное действие колец). Обычно канавка под маслосъемное кольцо уже подношена и имеет большую от заводской нормы высоту, новое же кольцо имеет высоту под нормальный (невыработанный) размер канавки поршня.
Это часто происходит при операции «замена колец», когда заменяются только кольца, без каких — либо ремонтных операций по блоку
При установке же наборного маслосъемного кольца эта величина некритична, поэтому- то при замене колец мотористы отдают предпочтение наборным маслосъемным кольцам.
Наборное маслосъемное кольцо состоит из:
- Два стальных диска
- Радиальный расширитель
- Осевой расширитель
Насчет установки дисков наборных колец существует множество мнений, какой именно стороной верх или низ ставить диск на поршень.
Поясним, о чем идет речь. Если диск маслосъемного наборного кольца зажать между указательным и большим пальцем и немного его сдавить, то оно, либо поднимется вершиной вверх или же вниз.
Например, при сборке японских моторов (бензин) кольца с завода стоят так – верхнее кольцо (диск) прогиб вверх, а нижнее вниз. Если следовать американской технологии, то например «Линкольн навигатор» мотор с завода — оба кольца вниз. Завод ЗМЗ — оба кольца вверх.
Сами производители колец наборного типа не дают, каких либо аннотаций относительно установки наборных дисков и тогда остается самый верный способ их установки, это повторить заводскую сборку. Это приемлемо для моторов, где замена колец производится впервые, и точно стоят «родные» кольца.
Наборные маслосъемные кольца устанавливаются на поршень в следующем порядке:
- Радиальный расширитель
- Первый стальной диск
- Осевой расширитель
- Второй стальной диск
Замки всех частей наборного маслосъемного кольца разводятся на 180 градусов, относительно друг друга. Когда же расширитель двух функциональный, то замки разводятся на 90 градусов относительно стыка расширителя.
Вопрос о том, гнуть или нет стальные диски наборных маслосъемных колец, при установке, моторист решает в каждом конкретном случае самостоятельно, так как прямых указаний производителя не существует и это подразумевает произвольную установку стальных дисков.
Рано или поздно ваш мотор износится и потребует либо смены поршневых колец, либо поршневой в целом.
Вроде поменять поршневые кольца – это рядовая задача, доступная каждому, кто мало-мальски знаком с устройством и принципом работы примитивного четырехтактного мотора. Но, к сожалению, люди страшатся потратить 15 минут своего невероятно драгоценного времени на прочтение литературы и запихивают все в мотор по принципу (а так и стояло. наверное, работать будет). Ну, флаг вам в руки и скорейшего обращения в сервис.
Ну, а для тех, кому не все равно, как их мотор будет работать после переборки, следует прочитать данную статью.
Итак, берем поршень и видим 3 проточки под установку поршневых колец. Никаких ограничительных стопоров на 4-тактных моторах нет, как на 2-тактных двигателях, например.
На 4-тактных моторах есть два вида поршневых колец. Первые два, которые устанавливаются в две верхние проточки, являются компрессионными. Исходя даже из названия понятно, что они отвечают за наличие компрессии в вашем моторе и должный удерживать собой газы, образовывающиеся в момент вспышки за счет горения топлива в камере сгорания.
Следующие три кольца являются маслосъемными. Тут тоже сразу ясно их предназначение. Они отвечают за снятие масла, которое покрывает стенки цилиндра в тот момент, когда поршень возвращается вниз. Если эти кольца будут пропускать, то масло будет оставаться на стенках цилиндра, а это чревато тем, что мотор начнет поджирать масло, и, естественно, появится дым.
Как устанавливать первично? Да, в принципе, как и стояли с завода, в том же порядке, но во избежание ошибок показываем еще раз.
Первоначально ставим главное маслосъемное кольцо: то, которое имеет волнообразную структуру. Установить его проще некуда, так как оно самое эластичное из всех.
Дальше ставим верхнее и нижнее ТОНКИЕ маслосъемные кольца. Они немного тверже, но с их установкой тоже не должно возникнуть проблем.
Теперь ставим поршневые компрессионные кольца: те, которые более толстые и "твердые". Первоначально устанавливаем нижнее, затем верхнее. Поставить их немного сложнее, так как они менее эластичны и более твердые. Сломать вам их вряд ли удастся, но вот при совершенно кривых руках погнуть их проще некуда.
Думаете, на этом все? Нет!
Дело в том, что кольца еще нужно правильно расположить на поршне, чтобы замки колец (место пропила) не попадали друг на друга. Проще говоря, нужно, чтобы пропил нижнего кольца не был расположен прямо над пропилом верхнего кольца.
Начинаем с верхних поршневых колец.
Замок нижнего кольца располагаем посередине над полостью клапана, например, впускного (можно и выпускного, тут разницы нет).
Замок же верхнего кольца располагаем строго в противоположной стороне от нижнего кольца. Соответственно, если замок нижнего кольца над полостью под впускной клапан, то замок верхнего над полостью под выпускной клапан.
Теперь переходим к маслосъемным кольцам. Эти кольца точно так же нужно расположить, чтобы ни один замок не совпал. Поэтому верхнее кольцо располагаем над отверстием под поршневой палец, с правой стороны.
Второе же (то, которое нижнее) располагаем с противоположной стороны, также примерно посередине отверстия под поршневой палец.
Последнее же волнообразное маслосъемное кольцо ставим в любую из четырех получившихся секций между отверстием под палец и полостью под клапан.
А теперь к вашему вопросу: что за ерунду нам тут втирает автор? И зачем так кропотливо выставлять положение всех 5 колец?
Объясняем. Все это мы делали, чтобы не получилось так, что когда один замок располагался над другим, через эти замки не проходят газы (в случае с поршневыми кольцами) и не оставалось на стенках масло (в случае с маслосъемными кольцами).
Если брать во внимание поршневые кольца, то это потеря компрессии и пропуск раскаленных рабочих газов до маслосъемных колец, которые не рассчитаны на такие внезапно появившиеся высокие рабочие температуры. Как итог, кольца после определенного времени могут сгореть.
Если же обратиться к маслосъемным кольцам и совпадению замков на них, то у нас не будет полностью сниматься масло: оно будет доходить до поршневых колец, что приведет к закоксовыванию канавок колец, и как итог они залягут, а потом сгорят.
Как результат, вы получите сгоревшие кольца и износ поршневой.
Итог: выставить замки колец перед установкой – это дело 2 минут, а срок службы мотора данная операция может продлить на десятки часов.
