Компрессионное кольцо поршня с проточкой

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 или стали, 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. Выполненно из чугуна и очень хрупкое. 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.

Источник статьи: http://www.enginepower.pro/blogi/75-koltsa-kompressionnye-maslos-emnye-ustanovka.html

Компрессионное кольцо поршня с проточкой

Компрессионные поршневые кольца предот­вращают прорыв, т.е. утечку газов из надпоршневой полости, поддерживают давление или, как говорят, компрессию в цилиндре. По особенностям конструкции их подразделяют на: прямоуголь­ные, конусные, скрученные, клиновидные, комбинированные и ви­тые (рисунок).

Кольца прямоугольного сечения являются наиболее простыми (см. рисунок а). Однако, имея сравнительно широкую контактную поверхность, они с трудом прирабатываются к цилиндрам и плохо приспосабливаются к зеркалу в случае замены износившихся колец новым комплектом ( В эксплуатации промежуточную смену изношенных колец делают без расточки цилиндров, если конусность и овальность их стенок находится в допустимых пределах ).

Необходимость приработкиколец вызывается наличием зазоров-просветов между стенками цилиндра и наружнойобразующей кольца, которые при всей тщательности обработки практически всегдаимеют место. Если при опробовании в специальном калибре величина просвета непревышает 0,02 мм, ано окружности соизме­рима с дугой в 30°, то поршневое кольцо считают пригодным.Оче­видно, чем больше просветы и шире наружная образующая кольца, темдлительнее бывает период приработки кольца, обеспечивающий полноесоприкосновение его с зеркалом цилиндра.

Конусные кольца характеризуются тем, что наружная сторона выполняется в виде усеченного конуса под углом в 0,5—3° к парал­лельным между собой боковым поверхностям (см. рисунок б). Такие кольца несколько удорожают производство, но зато сравнительно быстро прирабатываются к цилиндрам и лучше приспосабливаются к возможным неровностям зеркала, поскольку соприкасаются с ним только узким пояском. При установке конусного кольца в цилиндр надо следить, чтобы меньшее основание конуса было обращено в сторону днища поршня. Тогда при ходе поршня к н.м.т. кон­тактный поясок кольца будет соскабливать (собирать) масло со сте­нок цилиндра, а при ходе к в.м.т. образующийся масляный клин отжимает его от зеркала. Это улучшает смазку верхней зоны стенок цилиндра и поршневых колец и уменьшает возможное проникнове­ние масла в камеру сгорания.

Конусные поршневые кольца используются, например, в двига­телях ЗИЛ-130 и В-2 в качестве третьего и соответственно третьего и четвертого компрессионных колец.

Поршневые кольца с несимметричным сечением показаны на рисунке в. От прямоугольных они отличаются только тем, что на внутренней или наружной их стороне делают проточку (с внут­ренней стороны проточка заменяется иногда фаской).

Кольца с нарушенной симметрией сечения, имеющие проточку на образующей внутренней стороне, при установке в цилиндр несколько закручиваются, вследствие чего наружная образующая у них принимает форму усеченного конуса, как показано на рис. 2, в. Такие кольца называются скрученными, или торсион­ными. Они позволяют сочетать достоинства прямоугольных (про­стоту изготовления) и конусных колец, поэтому широко приме­няются в двигателях автомобильного типа. В частности, они исполь­зуются для всех отечественных карбюраторных двигателей.

Несимметричные поршневые кольца с проточкой по наружной стороне имеют повышенное радиальное давление па стенки цилинд­ра, что улучшает их работоспособность.

При одевании на поршень несимметричных поршневых колец надо следить, чтобы проточка па внутренней стороне была обра­щена к днищу поршня, а наружная проточка — в сторону юбки.

Клиновидные или трапецеидальные кольца выполняются с непа­раллельными боковыми поверхностями, наклоняемыми друг к другу под углом примерно равным 5—10° (см. рисунок г). Сравнительно с другими они более сложны в производстве, причем в процессе износа зазоры у боковых поверхностей их прогрессивно возрастают. Однако эти серьезные недостатки полностью компенсируются тем, что клиновидные кольца хорошо сохраняют свою подвижность в канавке поршня в холодном состоянии, так как не склонны к закоксовыванию (пригоранию) и залеганию в канавке вследствие осмо-ления. Под действием газовых сил на боковые наклонные поверх­ности у них появляется горизонтальная составляющая сила (см. рисунок г), увеличивающая давление кольца па стенки цилинд­ра, что приобретает важное значение по мере износа колец и стенок канавки.

Клиновидные поршневые кольца чаще всего используются в каче­стве верхних компрессионных колец тракторных дизелей, где вероятность закоксовывания обычных колец бывает особенно высо­кой.

На автомобильных V -образпых дизелях ЯА13-236 и ЯД\3-238 применяются по три клиновидных кольца, у которых боковая (торцовая) поверхность, обращенная в сторону юбки, выполняется перпендикулярно к образующим поверхностям кольца (см. рисунок г). При одной наклонной боковой поверхности изготовление клино­видных колец несколько упрощается, а основное их достоинство — подвижность кольца в канавке поршня сохраняется.

Комбинированные поршневые кольца состоят из обычных пря­моугольных чугунных колец 3, двух стальных пластинчатых колец 1 и радиального расширителя 2 (см. рисунок д). Стальные пластин­чатые кольца, кроме функций уплотнения, уменьшают также износ стенок канавки поршня, а радиальный расширитель обеспе­чивает нужное давление колец на стенки цилиндра, вследствие чего они дольше сохраняют свою работоспособность.

Радиальные расширители или экспандеры изготовляют из тон­кой стальной ленты, которой придают форму многоугольника, как показано на рисунке, д. Такая пружина, установленная в канав­ку поршня за кольца, поджимает их к стенкам цилиндра, обеспе­чивая нужное радиальное давление. Кольца с расширителями обычно не применяют в качестве верхних компрессионных колец, поскольку последние подвержены сравнительно высокому нагреву, снижающему упругость экспандеров. Комбинированные поршне­вые кольца из-за громоздкости не получили большого распростра­нения.

Витые кольца, показанные на рисунке е, изготовляют из тонкой высокоуглсродистой стальной полированной ленты. Лента толщи­ной 0,7 мм навивается на ребро в специальном приспособлении в виде непрерывной спирали, которая разрезается потом на отдель­ные кольца. Кольцам придают тарельчатую форму, как показано на рисунке е, и ставят в канавку поршня в виде пакета, состоящего минимум из трех таких элементов со смещенными относительно друг друга замками. Кольца ставятся в канавку с некоторым натягом, что исключает осевое перемещение их относительно поршня и обеспечивает необходимое радиальное давление на стенки цилинд­ра. Установленные в цилиндр, они должны иметь строго цилин­дрическую форму, прилегать к стенкам без просветов и оказывать на них по возможности равномерное давление.

Преимущества стальных витых колец заключаются в том, что отдельные’тонкие элементы, составляющие пакет, лучше прилегают к стенкам цилиндра, чем поставленное в эту канавку одно чугунное кольцо. На контактной поверхности со стенками цилиндра тонкие пластинки образуют кольцевые канавки, в которых накапливается масло, вследствие чего обеспечивается падежная смазка трущихся поверхностей и улучшается уплотнение цилиндра. К тому же перекрытие замков и плотное прилегание тонких тарельчатых колец к торцовым стенкам канавки поршня способствует умень­шению прокачки масла в камеру сгорания.

Витые стальные кольца рекомендуется устанавливать в нерас-точенные цилиндры вместо изношенных чугунных колец при ремон­те двигателей. Иногда применяют их и для новых двигателей. К сожалению, они не могут быть использованы в качестве верхних компрессионных колец, поскольку в условиях повышенного нагрева утрачивают упругость и вследствие ограниченной контактной поверхности с зеркалом цилиндра не обеспечивают нужной интен­сивности отвода тепла от головки поршня.

В двигателях с принудительным зажиганием в цилиндры уста­навливают по 2—3 компрессионных кольца, а дизели, работающие с более высокими давлениями в цилиндре и самовоспламенением рабочей смеси, нуждаются в большем числе компрессионных колец. В быстроходных дизелях автомобильного типа ставят 3—4 кольца, а в тихоходных число компрессионных колец доводят до 5—6 на пор­шень. Иначе из-за утечки воздуха при пуске холодного двигателя в конце хода сжатия в цилиндре не удается обеспечить необходимый для самовоспламенения топлива нагрев рабочей смеси.

Компрессионные кольца современных автомобильных двигате­лей имеют высоту h , равную примерно 2—3 мм. С увеличением h возрастают потери на трение и ухудшается приспособляемость колец к зеркалу цилиндра, а с уменьшением h ухудшается тепло-отвод от головки поршня и увеличивается вероятность поломки колец при сборке. Высоту кольца выбирают сообразно с этими обстоятельствами.

Эффективность действия компрессионных колец предопределяет­ся не только хорошим прилеганием их к стенкам цилиндра. Уста­новленные в канавки поршня, они образуют «лабиринт», ограничи­вающий прорыв газов из цилиндра через систему зазоров, обяза­тельных для его уплотнительного механизма. При сжатии, расширении и выпуске газы через торцовые зазоры и замки проникают вначале за верхнее поршневое кольцо, а когда на ходе впуска оно прижимается к верхней стенке поршневой канавки, перетекают в пространство между первым и вторым кольцами! Таким же образом газы проникают за второе, третье и другие кольца, постепенно утрачивая свое давление вследствие дроссе­лирующего действия зазоров. Установлено, что в процессе работы быстроходных двигателей давление за кольцами составляет при­мерно 3/4 от давления Р в цилиндре за первым (верхним), 1/5 за вто­рым и около 1/10 за третьим компрессионными кольцами. Это значительно превышает собствен­ное их радиальное давление.

Практика показывает, что эффективность лабиринтного уплотнения во многом зависит от тщательности обработки боко­вых (торцовых) поверхностей поршневых колец. Поэтому боко­вые поверхности колец подвер­гают многократной шлифовке, чтобы обеспечить их параллель­ность и высокую чистоту обра­ботки, тогда как обработку на­ружной образующей кольца ограничивают чистовым (алмазным) обтачиванием. Если при ремонте двигателя возникает необходимость в некотором уменьшении высоты кольца, то металл надо снимать только с одной боковой поверхности и следить за тем, чтобы при сборке поршневой группы эта поверхность была обращена в сторону днища поршня. Иначе работа лабиринтного уплотнения будет нарушена.

Для уменьшения прорыва газов через замки колец последние должны быть смещены относительно друг друга и при сборке дви­гателя равномерно распределены по окружности цилиндра. Порш­невые кольца в процессе работы, как известно, проворачиваются (перемещаются) по канавке и это оказывается полезным для сохра­нения обязательной их подвижности в канавке, а вероятность нежелательного при этом совмещении замков ничтожна. Поэтому к фиксации поршневых колец прибегают только в двухтактных двигателях, где замки во избежание поломки колец не должны попадать в продувочные и выпускные окна цилиндра.

Источник: Райков И.Я., Рытвинский Г.Н. Двигатели внутреннего сгорания, 1971 г.

Источник статьи: http://azbukadvs.ru/tehinfo/59-ringscomp.html