Поршневые кольца
При конструировании двигателя внутреннего сгорания инженеры неизменно сталкиваются с одной и той же проблемой - дно поршня и цилиндр не могут быть одного и того же диаметра. При этом масло не должно проникать в камеру сгорания. Массивный поршень заклинит в цилиндре, даже если он будет чуть меньше диаметром, а вот узкое гибкое кольцо, снабженное подвижным замком - нет. Применение колец оказалось идеальным компромиссом.
Типы поршневых колец
Поршневые кольца бывают двух типов – компрессионные и маслосъемные.
Компрессионные кольца служат для создания давления в камере сгорания.
Конструкция двигателя предусматривает небольшой зазор между стенками цилиндра и поршнем. Зазор не позволяет создать в камере сгорания необходимое давление, так как расширяющиеся газы неизбежно просачивались бы в картер двигателя. Эта задача была решена при помощи компрессионных колец. Это стальные тонкие кольца с разрезом. Разрез называют замком, потому что он позволяет упругому кольцу сжиматься и разжиматься в строго определенных пределах, не давая, в то же время, сорваться с поршня. Чтобы кольца могли беспрепятственно сжиматься, на внешней поверхности корпуса цилиндра вытачивают кольцевые пазы - канавки.
Кольца сделаны из упругой стали. По сути, кольцо - разновидность пружины. Они находятся в поджатом состоянии и за счет этого плотно прилегают к стенкам цилиндра. По мере стачивания колец в процессе эксплуатации плотность прилегания не падает, по крайней мере, до тех пор, пока износ не достиг критической точки.
Особенности расположения поршневых колец на корпусе поршня
На большинстве поршней современных двигателей устанавливается по три кольца. Два верхних кольца компрессионные, нижнее - маслосъемное.
Компрессионные кольца, даже при условии, что два кольца расположены одно над другим, не могут полностью устранить прорыв газов из камеры сгорания.
Проблему прорыва производители пытаются решить разными способами. Так, например, при монтаже колец в заводских условиях кольца располагают так, чтобы замки не находились друг над другом. Лучше всего разводить их на 180 градусов, чтобы они "смотрели" в разные стороны. Кстати, это условие необходимо соблюдать и при капитальном ремонте двигателя.
Прогрев помогает продлить срок эксплуатации любого двигателя, что бы ни заявлял на этот счет производитель. Кольца продолжают тереться о стенки цилиндров - такова конструкция ДВС
В период обкатки двигателя кольца притираются к зеркалу цилиндров, и зазоры практически исчезают. Этим в немалой степени объясняется существование режима обкатки двигателя. Если производитель предписывает такой режим в сервисной книге, его следует соблюдать Чем ответственней владелец подойдет к обкатке двигателя, тем надежней «лягут» кольца на зеркало цилиндров, и тем дольше будет служить мотор.
Маслосъемные кольца выполняют более простую функцию - снимают излишки масла, попадающие на стенки цилиндра снизу. В нижней части двигателя - картере, стоит настоящий масляный туман, который возникает при вращении коленвала. Рассеянное в воздухе масло смазывает стенки цилиндра, позволяя поршням беспрепятственно скользить вверх и вниз, но допустить его попадание в камеру сгорания нельзя. Под воздействием температуры оно немедленно частично сгорит, частично закоксуется, то есть осядет в виде плотного нагара на клапанах, стенках цилиндра, поверхности поршня, словом везде. Если такое происходит, двигатель выходит из строя очень быстро. Кстати, выражение "кольца залегли" имеет к закоксовыванию прямое отношение. Масло просачивается между стенкой цилиндра и изношенным маслосъемным кольцом, масло сгорает, а несгоревший остаток облепляет компрессионные кольца, которые в итоге перестают разжиматься и остаются в сжатом состоянии.
Эксплуатация поршневых колец
В процессе работы в цилиндре все кольца со временем теряют упругость. Этот процесс происходит неравномерно по окружности, и начинается в районе замка. В месте расположения замка (в зазоре) постепенно ухудшается контакт со стенкой цилиндра, и происходит перегрев. Кроме того, кольца подвержены повышенному износу при раскручивании до высоких оборотах непрогретого двигателя.
У компрессионных колец форма замка может быть ступенчатой, косой или прямоугольной. Чаще всего встречаются кольца с прямоугольным разрезом. Такие кольца обходятся производителю недорого, но они обладают самыми плохими уплотняющими свойствами.
Материалы для производства поршневых колец
Самый распространенный материал для изготовления поршневых колец высокопрочный серый чугун.
Кольца из чугуна сохраняют упругость и прочность в период всего срока службы. Этот материал показал себя с самой лучшей стороны в условиях повышенного трения – кольца из чугуна долго не стираются. За счет прочности материала кольца хорошо и равномерно прирабатываются, и плотно прилегают к зеркалу цилиндра.
При кажущейся простоте формы поршневого кольца процесс его производства сопряжен с рядом трудностей
Для увеличения термостойкости колец из серого чугуна в него добавляются легирующие добавки: никель, хром и тому подобные вещества.
Технология изготовления поршневых колец
При кажущейся простоте формы поршневого кольца процесс его производства сопряжен с рядом трудностей.
Они связаны, прежде всего, с повышенными требованиями к точности размеров и с самой формой кольца. К тому же в них делается разрез, что усложняет технологию производства.
Важно выдерживать такой параметр, как шероховатость наружной поверхности, в пределах 2,5 мкм. Имея такую шероховатую поверхность, кольцо быстрее прирабатывается к стенке цилиндра (зеркалу). Если отшлифовать наружную поверхность, притирка будет долгой, и обкатывать двигатель придется на протяжении десятка тысяч километров.
При изготовлении поршневых колец не допускаются трещины и прочие дефекты на их поверхности.
В процессе изготовления поршневых колец важно сделать их идеально ровными, чтобы давление по краям поршня распределялось одинаково.
Чугунные кольца отливают в формах, затем металл закаляют, "отпускают" и вырезают замок. После остывания отливки на поверхность напыляют износостойкий материал, кольцо подвергают шлифовке для окончательного придания нужной формы.
На рабочую поверхность маслосъемных колец наносится слой пористого хрома или молибдена для увеличения износостойкости и обеспечения защиты от коррозии.
