Кольца на поршнях: Поршневые кольца: виды, функции, типичные проблемы

Содержание

Поршневые кольца. Когда их нужно менять?

Первым признаком износа колец является прорыв газов в картер двигателя. Клубы сизого дыма из выхлопной трубы указывают на горение масла в двигателе. При износе или поломке поршневых колец вы можете заметить увеличение расхода масла. Повышенная дымность сначала отмечается при холодном пуске двигателя. По мере прогрева поршни и кольца расширяются, уплотняя цилиндры. За счет этого количество масла, попадающего в камеру сгорания, уменьшается.

В дальнейшем износ колец достигает такого значения, при которых утечки происходя постоянно, и повышенная дымность будет наблюдаться на всех режимах работы двигателя. Это может также происходить из-за износа седел клапанов. Подбор колец необходимого размера может быть затруднен, если в результате износа диаметр поршней немного отличается от номинального.

Как уже отмечалось, негативным последствием утечек является попадание отработавших газов, а также топлива в картер двигателя. Эти соединения загрязняют масло, которое теряет свою вязкость, а также смазочные и охлаждающие свойства.

Для обеспечения качественной смазки и предотвращения повреждения деталей необходимо регулярно производить замену масла в двигателе.

В дальнейшем износ возрастает, и двигатель начинает терять мощность:

• Слишком большой объем газов уходит в картер двигателя;
• Слишком большой объем масла попадает в камеру сгорания.

Это приводит к загрязнению свечей зажигания и нарушениям в работе двигателя.

Компрессионные кольца

Компрессионные кольца обеспечивают уплотнение в верхней части поршня и препятствуют утечке газов из камеры сгорания. Они располагаются в верхних канавках поршня, хотя это зависит от конструкции двигателя. Их основными функциями является уплотнение стыка камеры сгорания и отвод тепла от поршня к стенкам цилиндра.

Комбинированные (промежуточные) кольца

Такие кольца регулируют толщину масляной пленки, снимая излишки, оставленные на стенках маслосъемным кольцом. Кроме того, они обеспечивают дополнительное уплотнение камеры сгорания и отвод тепла от поршня.

Маслосъемные кольца

Маслосъемные кольца контролируют объем масла, который оседает на стенках цилиндров. Они также помогают равномерно распределить масло по стенкам, которые смазываются разбрызгиванием. Кольца называются маслосъемными, потому что они снимают излишки масла со стенок и направляют его в картер. Они препятствуют прохождению масла между поверхностью кольца и стенкой цилиндра.
В большинстве современных двигателе зазор между поршнями и стенками цилиндров очень маленький (0.025 мм или меньше). Это позволяет минимизировать утечки и колебания поршня. Чем более стабильно положение поршня, тем лучше кольца обеспечивают герметизацию стыка. Небольшой зазор также обеспечивает менее шумную работу двигателя, что особенно заметно при холодных пусках (когда зазоры увеличены).

Во многих случаях поршни покрывают противозадирными покрытиями на основе молибдена. Они не только защищают сами детали, но также обеспечивают надежный зазор между поршнями и цилиндрами, что минимизирует колебания поршня и утечки.

Проверка зазоров поршневых колец

При измерении зазора поршневых колец делайте это в верхней и нижней частях гильзы. Если гильза имеет конусность, то зазор в верхней части будет больше, чем в нижней.
Устанавливать зазор нужно в нижнем положении поршня. Если сделать это в верхней части в случае износа гильзы, то зазор станет очень маленьким в момент, когда поршень будет в нижней точке.
Концы колец могут соприкоснуться, вызывая изгиб и повышенный износ колец. Цилиндры, имеющие конусность в пределах 0.076 до 0.130 мм, вероятно, могут быть подвергнуты ремонту. Обратитесь к спецификации завода-изготовителя для определения максимально допустимой конусности.

Установка поршневых колец

Процесс установки колец является очень ответственным, так как необходимо учитывать тип поршней и колец, которые используются в двигателе. Одной из наиболее распространенных ошибок является установка одного или нескольких колец обратной стороной.

• Даже одно второе кольцо на двигателе V8, установленное некорректно, способно вдвое увеличить расход масла!
• Если же все вторые кольца установить неправильно, двигатель будет практически безмерно расходовать масло, как и в случае неправильной приработке колец или износе седел клапанов или гильз цилиндров.
На кольцах обычно имеется метка в виде точки, которая должна быть обращена вверх. Если метка отсутствует, то кольца с фаской на внутреннем диаметре следует устанавливать так, чтобы фаска была сверху. Кольца без меток и c канавкой на внешней стороне монтируются канавкой книзу.

Другой распространенной ошибкой является спирализация колец в поршне.

Обычно она сопровождается деформацией и может повлиять на посадку и подвижность колец. При установке всегда используйте расширитель колец. Установите кольцо в расширитель и раздвиньте его ровно на столько, чтобы установить в поршень. Не раздвигайте кольцо слишком сильно.

Установите кольца так, чтобы их канавки были повернуты друг относительно друга на 180 градусов. Это снизит возможность утечки.
Перед установкой нужно сопоставить размеры колец с глубиной канавок на поршне и убедиться, что кольца подходят к двигателю.

• Если кольца будут глубоко сидеть в канавках, то они могут выскочить из поршня еще до установки.
• Если кольца будут излишне выступать из канавок, то они заклинят поршень.

Кроме того, следует измерить зазоры в самих кольцах. Поршневые кольца могут быть повреждены при установке, если их нижние концы сойдутся впритык.

По этой причине, перед установкой нужно всегда осматривать нижнюю часть колец на предмет обнаружения повреждений.
Наконец, важное значение имеет качественная смазка колец и цилиндра, особенно при первом запуске двигателя.
После хонингования цилиндров нужно промыть блок горячей водой с мыльным раствором. Это поможет удалить абразив и загрязнения, которые могут повредить новые кольца.
Помните, цилиндр всегда интенсивнее изнашивается в верхней части, так как здесь более высокие температура и давление.

ПОРШНЕВОЕ КОЛЬЦО | Yenmak Engine Parts

ПОРШНЕВОЕ КОЛЬЦО

Кольца являются основными элементами, обеспечивающими герметичность, в то время как между картером и камерой сгорания происходят процессы вакуума, сжатия, взрыва и зачистки. Кроме того, они выполняют задачу передачи высокой температуры, вызванной сгоранием, в цилиндр и охлаждающую жидкость. Верхнее компресионное кольцо находится под воздействием температуры 315° C и самого высокого давления газа и выполняет самую высокую функцию герметизации. Кольцо среднего канала подвергается более низким давлениям. С другой стороны, маслосъемные кольца соскабливают со стенок цилиндра в картер избыточное масло.Таким образом, предотвращается чрезмерное попадание масла и сжигание масла в камере сгорания.

Количество колец, установленных на поршне, может варьироваться в зависимости от типа, оборотов и мощности двигателя. Использование 3, 4 и 5-кольцевых поршней двигателей является распространенным явлением. Используемые кольца могут иметь различные особенности формы. Кроме того, могут отличаться покрытия колец как и характеристики их формы. Свойства покрытия колец имеют большое значение с точки зрения износа и теплопередачи и, следовательно, срока службы. Обычно используются хромовые, хромокерамические, фосфатные и молибденовые покрытия.

Для выполнения своих функций поршневые кольца могут быть изготовлены из разных материалов. Эти материалы обобщены как чугун и сталь. Поршни, изготовленные из чугуна, используются с 1900-х годов, а использование стальных колецначалось с 1980-х годов. Кольцаполучают обработкой либо чугунного материала, либо стальных пластин, изготовленных с точными размерами.

При сравнении с чугунными материалами, стальные материалы с точки зрения растягивающего напряжения и модуля упругостиимеют лучшие структурные свойства. Кроме того, высокая усталостная прочность и термическое сопротивление сталей являются важным преимуществом. Покрытие играет важную роль в повышении износостойкости стальных колец, и для этой цели используются нитридные, плазменные и хромовые покрытия.

Герои огненного круга: почему нельзя экономить на поршневых кольцах

Двигатель, долго служивший верой и правдой, чаще всего не умирает в одно мгновение – он, как и живой организм, постепенно стареет, утрачивая прежнюю прыть и требуя к себе бережного отношения.

Опытные водители знают типичные признаки такой усталости: падает мощность, растет расход масла и топлива, затруднен холодный пуск.

Обычно причиной является износ деталей поршневой группы – об этом свидетельствует равномерное падение компрессии (давления, развиваемое поршнем при сжатии смеси) во всех цилиндрах. И если ситуация не перешла в разряд критических, вернуть былую бодрость мотору можно малой кровью. Например, ограничиться лишь заменой поршневых колец — из-за конструктивных особенностей и жестких условий работы они больше других деталей поршневой группы подвержены износу.

Впрочем, иногда поршневые кольца приходится менять вскоре после переборки двигателя. Они теряют свои свойства (упругость, повреждение покрытия) из-за неквалифицированного монтажа колец на поршень и поршня в цилиндр, небрежной обкатки агрегата или установленных при ремонте деталей низкого качества – так ведут себя подделки под именитый бренд или низкосортный «ноунэйм». Кольцо, выполненное из несоответствующего материала и без необходимого покрытия, быстро изнашивается, выходит из строя и может повредить другие детали поршневой группы.

Как минимальное зло — кольца перестают плотно прилегать к стенкам цилиндра и не обеспечивают должного уплотнения. Последствия: потеря двигателем мощности и повышенный расход масла и топлива.

С ремонтом тянуть не стоит. Долгая работа мотора с изношенными кольцами может привести к повреждению других деталей (поршней, цилиндров). И тогда двигатель точно придется «капиталить», а это повлечет куда большие денежные и временные затраты. Более того, мотор может сломаться в самый неподходящий момент: когда срочно нужно доставить груз клиенту или вдали от цивилизации, где отказ техники часто имеет трагические последствия. Но какие поршневые кольца выбрать, чтобы установить и больше про них не вспоминать?

Уж точно, не покупать «кота в мешке»! Не тот случай, когда стоит рисковать, ставя на карту здоровье двигателя. Берите запчасти в надежных магазинах и на хорошо зарекомендовавших себя интернет-ресурсах. А из брендов лучше предпочесть те, у которых большой опыт и заслуженное десятилетиями доверие потребителей.

Одним из ведущих производителей поршневых колец в мире на сегодняшний день является компания Nippon Piston Ring (NPR). У нее колоссальный опыт в разработке и изготовлении деталей для двигателя, ведь она была основана аж в 1931 году. Ее дочернее предприятие NPR of Europe (бренд NE) поставляет свою продукцию на конвейеры почти двух десятков легковых и грузовых автозаводов – в их числе Toyota, Mercedes, Mitsubishi, Audi, BMW, Renault, Volvo, Ford, Nissan, Mazda. А доверие автопроизводителей говорит о многом. Кроме того, поршневые кольца NE производится на собственных заводах компании в Японии, а уж японцы, как ни кто другой, строго следят за качеством выпускаемых деталей.

Уникальность деталей NE состоит в том, что поршневые кольца разрабатывает совместно с производителями двигателей. А это означает, что точно подобраны не только материалы и технологии производства, но и учтены специфические требования к деталям, работающим в конкретном моторе. Такой подход повышает эффективность работы и надежность деталей.

Один из трендов современного двигателестроения – это снижение массы деталей шатунно-поршневой группы. Чем поршень легче, тем меньше энергии требуется, чтобы его привести в движении. Соответственно, меньше расход топлива и количество вредных выбросов в атмосферу. Лишние граммы у поршня пытаются снять отовсюду – в том числе и с самой нагруженной верхней части, уменьшая высоту жарового пояса (расстояние от днища поршня до канавки первого кольца). При этом на поршневые кольца (особенно первое) приходятся более высокие тепловые и механические нагрузки. Применявшиеся ранее чугунные кольца в столь жестких условиях долго не проработают.

Поэтому верхние поршневые кольца NE сделаны из легированной стали. Они имеют более высокие теплостойкость и предел прочности, а значит, смогут взять на себя ту дополнительную нагрузку, которую сбросил с себя поршень, получив короткий жаровый пояс. Кроме того, у поршня можно уменьшить высоту канавок под кольца и расстояние между ними, чтобы он скинул драгоценные граммы.

Повышенную износостойкость стальных колец обеспечивают специальные покрытия – технологи NPR постоянно совершенствуют их рецептуру. Так первое компрессионное кольцо чаще всего имеет твердое хромовое покрытие и плюс мягкое олово для быстрой приработки. Второе компрессионное кольцо испытывает куда меньшие нагрузки, поэтому, как правило, его делают из чугуна. Но обязательно наносят оксид железа или фосфаты для хорошей приработки и защиты от износа. Третье, маслосъёмное кольцо, предназначено для снятия лишнего моторного масла, смазывающего поверхность цилиндра, поршня и компрессионных колец. Патент на трехкомпонентные маслосъемные кольца технологии Nifflex компания NPR приобрела более полувека назад. Конструкция осталась прежней и по сей день, но характеристики улучшились радикально. Такие кольца получили широкое распространение для бензиновых двигателей.

Из-за конструктивных просчетов многие современные моторы, даже будучи новыми, чрезмерно потребляют масло. Установка стальных колец NE не исправит ошибки разработчиков двигателей, но масложор немного усмирит. Эти кольца обладают более высоким коэффициентом упругости, и потому лучше прилегают к стенкам цилиндра, что позволяет снизить расход масла и улучшить герметизацию камеры сгорания. Кроме того, у стальных колец NE также ниже износ рабочей поверхности и, соответственно, больше срок службы.

В заключении — маленькая ремарка. Если случится менять кольца вместе с поршнями, учтите, что NE предлагает их в комплекте. Это не только удобно, но и надежно – производитель ручается за идеальную подгонку этих деталей и гарантирует их долгую бесперебойную работу.

ᐉ Кольца поршневые — Что это за элементы системы, и какие их конструктивные особенности

Нормальная работа поршневого мотора невозможна без элементов, которые отвечают за смазку цилиндров. Они также обеспечивают герметичность камеры сгорания. Этими деталями выступают поршневые кольца. Что это за элементы системы, и какие их конструктивные особенности? Ответы на эти вопросы вы найдёте в статье. Надеемся, что прочтение публикации поможет вам корректно подобрать поршневые кольца на трактор и при необходимости заменить их.

Краткое описание

Поршневые кольца – важные функциональные элементы ЦПГ любых двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Основой для их изготовления выступают металлические сплавы. Без этих разъёмных колец:

увеличился бы расход моторного масла;
камера сгорания утратила бы герметичность;
увеличился бы объём отработанных газов.

Для слаженного оптимального функционирования ДВС после процесса сжатия необходимо, чтобы в камере повысилось давление. Другими словами – важна компрессия. Оптимальные показатели этого параметра для дизельного оборудования составляет 22–32, а для бензинового – 9–12 атмосфер. Достичь нормальной компрессии невозможно, если камера сгорания утратила герметичность. Соответственно, чтобы ДВС эффективно работал, нужны поршневые кольца. Они обеспечивают герметичность только при правильном подборе. Их размер должен строго соответствовать диаметру цилиндра. В таком случае они удерживают газы, не давая им перейти в картер из камеры сгорания. При правильном подборе также снижается сила трения, а вместе с ней – и потери деталей ЦПГ.

Третья функция, с которой справляются поршневые кольца, – компенсация расширения из-за высокой температуры материалов ЦПГ, которые изготовлены из разных сплавов. При использовании этих деталей исключено заклинивание поршней. Они предупреждают коррекцию компрессии при изменении температурного режима и снимают с поверхностей цилиндра излишки масла, которое наслаивается во время работы двигателя. Однако в последнем случае остаётся тонкая жирная плёнка. Она крайне необходима для нормального функционирования двигателя. Жирная плёнка уменьшает силу трения. Кольца также охлаждают поверхность поршня посредством выведения тепла. Их полезность и необходимость бесспорны. Без них часто невозможна слаженная работа как ЦПГ, так и всего оборудования. В случае их порчи снижается мощность главного движка, агрегаты быстро выходят из строя. Неисправные старые кольца нужно менять, но только на аналогичные качественные детали.

Конструктивные особенности, типы и принципы работы

Существуют маслосъёмные и компрессионные поршневые кольца. Первые называют нижними, вторые – верхними. Они отличаются друг от друга конструктивным строением и применением. Основная функция колец компрессионного типа – обеспечение герметизации в камере. Устанавливают от 1 до 3 таких деталей.

Компрессионный элемент агрегата выступает кольцом разъёмного типа, выполненным из металла, с разрезом, напоминающим замок. В некоторых моделях просматривается выемка для стопора. В замках есть отверстия в несколько микрометров. Именно они выполняют компенсаторную функцию при дестабилизации температур. Основой для изготовления колец, как правило, выступает либо чугун, либо сталь.

Профили компрессионных деталей могут иметь бочкообразную (напоминает дугу) или плоскую форму (с сечением в виде неправильного 4-угольника либо прямоугольника). Существуют также модели с фаской небольшой высоты. В продаже можно найти и «минутные» элементы. С их наружной стороны есть наклон. Его угол равен нескольким десяткам минут дуги, поэтому кольца получили такое название.

Компрессионные детали с плоским профилем целесообразно подбирать для оборудования, в котором создаются экстремальные условия функционирования. Им не страшна работа при завышенных параметрах давления и температурного режима, недостатке смазки. Поверхность этих профилей подвергают специальной обработке:

хромом;
фосфатами;
оловом и т. д.

Эта обработка делает поверхность износостойкой и долговечной. Кольцо, в свою очередь, качественно отводит тепло от поршня, выполняет функцию уплотнения, прилегая к зеркалу цилиндра.

Маслосъёмные или нижние элементы зачастую выпускают со сложным профилем. Они способствуют появлению равномерной масляной плёнки оптимальной толщины, которая защищает цилиндр, и одновременно исключают попадание жирных веществ в камеру сгорания. На одном поршне используют только 1 описанную деталь. В двухтактных системах их нецелесообразно применять, так как масло доливают в бензин. Классические нижние кольца состоят из разъёма и расширителей.

Существуют 2 типа маслосъёмных деталей: цельные и составные. Первые кольца имеют П-образные профили с направленностью по отношению к поршню. У их основания есть либо овальные, либо круглые отверстия. Через них происходит выведение излишков масла. Составные поршневые аналоги представляют собой конструкцию, состоящую из нескольких колец с серединкой в виде распорного элемента. Последний бывает 3 видов:

Тангенциальным – устройство, которое одновременно справляется с задачей разжима колец и их присоединения к цилиндру, то есть выполняет функции двух представленных ниже аналогов.
Осевым – элемент, совместимый исключительно с составными деталями, выполняет функцию их разъединения.
Радиальным – конструкция, прижимающая кольцо к цилиндру.

По факту разъёмные части имеют вид пружин. Они бывают плоскими либо витыми. Максимально допустимое количество пружин в 1 нижнем кольце – 2 единицы. Их размещают над основными частями разъёмных устройств или под ними. Именно благодаря пружинам нижнее кольцо осуществляет оптимальный съём масла в поверхности цилиндра. Излишки жирного вещества поступают сначала в канавку, а затем – в картер двигателя.

Кольца на поршне — как должны стоять?

Изнашиваются прежде всего кольца и поршень, и менять обычно нужно только их. При сильном износе поршневой, требуется растачивать цилиндр. Расстачивается он также в том случае, когда поршень клинит в цилиндре, образуя глубокие царапины на стенках последнего.

Ничего страшного в этом нет, и если ваш новый цилиндр прошел правильную расточку (за которую нужно будет выложить всего лишь около 10$), ему потребуется уже ремонтный комплект колец с новым поршнем. Такие кольца обозначаются маркировкой 0,25. Вторая расточка соответственно 0,5 и т.д. до единицы.

Как ставятся кольца на поршня?

После покупки поршня, его нужно собрать. В комплекте, как правило, вы найдете сам поршень, два компрессионных кольца, третье тонкое гофрированное кольцо (о его назначении дальше), поршневой палец и два стопорных кольца поршневого пальца.

Теперь о третьем кольце в комплекте. Его назначение — подпружинивать нижнее компрессионное кольцо. Устанавливает оно под него собственно, и обычно не несет никакой пользы в процессе эксплуатации. Это кольцо вы можете выкинуть, а можете поставить, нет разницы. Многие производители поршней не имеют его вообще в комплекте.

Пришло время собрать все на место. В зависимости от модели скутеров, компрессионные кольца могут быть одинаковыми или различаться по толщине и сечению. Большинство поршней для скутеров Honda, например, имеют разные кольца, где верхнее тоньше нижнего и имеет другое сечение.

Также обратите внимание на надпись на кольце (обычно это буква Т или размер ремонта), надпись всегда должна быть сверху, то-есть противоположно от пальца. Сначала нужно одеть нижнее, затем верхнее. При этом не нужно их растягивать и выгибать. Эти манипуляции нужно проводить аккуратно.

В канавках для колец имеются замки, которые предотвращают поворот колец во время эксплуатации, поэтому зазор колец должен быть именно в этих замках, иначе поршень в цилиндр вы не воткнете.

И последний немаловажный пункт, это стрелка на дне поршня или надпись EX. И стрелка и надпись обязательно должны быть направлены в сторону выхлопа. В таком случае, замки колец будут находится со стороны лепесткового клапана. Если замки поставить в сторону выхлопа, поршневая долго не прослужит, кольца будут вытягиваться в выхлопное окно и постепенно его стачивать.

Кольца

Поршневые кольца – это кольца не замкнутого типа, которые плотно установлены в соответствующих канавках на внешней поверхности поршня в двигателе поршневого типа. К поршневым двигателям можно отнести двигатель внутреннего сгорания и паровой двигатель.

Поршневые кольца изготавливаются в соответствии с ГОСТом 621-87. Поршневые кольца должны соответствовать всем условиям, которые предъявляются к динамическим линейным уплотнителям. Кольца должны выдерживать тепловое и химическое воздействие агрессивной рабочей среды.

Кольца применяются во всех видах промышленности, где используется двигатель внутреннего сгорания или поршневые системы.

Функции и назначение

Основными функциями поршневых колец являются:

• Уплотняющая функция – не дать газам, которые образуются в камере сгорания, попасть в картер двигателя. Иначе резко упадет давление газа и снизится фактическая мощность двигателя.

• Уплотняющая функция – не дать смазочным материалам, которые находятся в кривошипной камере, попасть в камеру сгорания.

• Герметизирующая функция — создание тонкой пленки из масла на стенках рабочей поверхности цилиндров.

• Распределительная функция – кольца призваны распределять масло по всей поверхности цилиндра равномерно.

• Стабилизационная функция – кольца выравнивают движение поршня, чтобы его не перекосило. Актуально при пуске холодного двигателя и при большом зазоре поршня, который находится в цилиндре.

• Тепловая функция – передача тепла от поршня к цилиндру.

Основные свойства поршневых колец следующие:

• Кольца должны обладать минимальным сопротивлением движению поршня, чтобы не расходовалась значительная часть мощности двигателя.

• Кольца должны быть максимально износостойкими и противостоять термической и механической усталости, а также не подвергаться химическому воздействию и горячей коррозии длительное время.

• Поршневые кольцо не должны усиливать износ внутренней стенки цилиндров, чтобы не сократить срок эксплуатации двигателя в целом.

• Поршневые кольца должны обладать длительным сроком службы и быть надежными.

Вследствие не совершенства уплотнительной системы двигателя внутреннего сгорания, поршневые кольца не могут обеспечить 100% гарантию от проникновения газов в картер. В зависимости от конструкции двигателя верхнее поршневое кольцо может отводить до 50% тепловой энергии на стенки цилиндра.

Виды колец

Все поршневые компрессионные кольца делятся на следующие виды в зависимости от формы поперечного сечения:

• Прямоугольные кольца – данный вид колец является наиболее простым по конструкции и способу изготовления. Данные поршневые кольца хорошо справляются с уплотнительной функцией надпоршневого пространства. Газ давит на кольцо, что приводит к лучшему контакту торца кольца с рабочей поверхностью кольца, в результате газовый стык закрывается. Кольца с прямоугольной формой торца с большой высотой могут иметь несколько кольцевых канавок скругленной конической формы, что обеспечивает лучшую смазку рабочей поверхности цилиндра.

• Трапециевидные кольца – обладают меньшей предрасположенностью к закоксовыванию нежели кольца прямоугольной формы из-за того, что при радиальном перемещении объем торцевого зазора резко изменяется между канавкой и кольцом. Недостатком является большая цена, так как они более сложные в изготовлении. Кольца, которые имеют форму сечения двухсторонней трапеции, обладают лучшими свойствами по уплотнению от газов и отводу тепла, чем кольца с односторонней трапецией. Такой эффект достигается за счет симметричности сечения кольца. Из-за этого кольцо лучше прилегает к рабочей поверхности стенки цилиндра и нижней канавки поршня.

• Конические кольца – отличаются лучшими свойствами по приработке к рабочей поверхности из-за того, что кольцо сначала прилегает к поверхности цилиндра только своей нижней кромкой. В начале эксплуатации конические кольца отличаются улучшенными маслосъемными свойствами, однако, свойства уплотнения от газов падают. В начале эксплуатации конические кольца плохо передают тепло на стенки цилиндра, что приводит к повышению рабочей температуры поршневой группы. Поэтому такие кольца обычно устанавливаются во второй или третьей канавке поршня.

• Торсионные кольца – отличаются наличием на внутренней поверхности в верхней части фасками или выточками. Поэтому в рабочей среде кольца принимают вид тарелки, из-за чего нижняя кромка может выступать немного больше наружу. Поэтому торсионные кольца обладают улучшенными маслосъемными свойствами и быстро прирабатываются. Лучше всего торсионные кольца применять в промежуточных канавках на поршне.

• Скребковые кольца – отличаются наличием проточки, которая расположена в нижней части рабочей поверхности. Поэтому торсионные кольца обладают улучшенными маслосъемными свойствами. Торсионные кольца обычно применяют в нижних канавках поршня.

Поршневые кольца предназначены для работы в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания с агрессивной рабочей средой. Отличительными чертами рабочей среды поршневых колец являются экстремальная температура сгорания и химическое воздействие смазочных и топливных материалов.

Зачем нужны поршневые кольца?

Поршневые кольца являются неотъемлемым элементом любого двигателя. Они представляют собой незамкнутные кольца, которые установлены в специальные канавки на внешних поверхностях поршней с очень маленьким зазором. Рассмотрим основные виды поршневых колец, их назначение и обслуживание.

Виды поршневых колец

Поршневые кольца бывают:

Компрессионные кольца обеспечивают герметичность камеры сгорания. Обычно на поршень устанавливают не более 3 таких колец, так как при этом возрастают потери на трение, а степень уплотнения поршня увеличивается не намного. Различают верхнее и второе компрессионные кольца.

У верхнего достаточно много различных вариаций. Например, такое кольцо может иметь преднамеренное перекручивание, когда нижняя и верхняя поверхности детали имеют небольшой наклон в канавках (кроме краев рабочей поверхности, которые взаимодействуют с отверстием цилиндра). Такая конструкция позволяет ускорить приработку поверхностей колец и стенок цилиндра, а также обеспечить уплотнение самой детали в верхней и нижней части посадочной канавки.

Помимо плоских и перекрученных колец существуют изделия с L-образным участком. Их уплотнительная способность зависит от силы давления газов, которая действует на заднюю часть большого выступа, имеющего форму буквы L. При высоком давлении в рабочем цилиндре эти кольца увеличивают усилие, прикладываемое к стенкам, например, после сгорания топливно-воздушной смеси или в такте сжатия. Когда давление в цилиндре невысокое, кольцо ослабляется, тем самым снижая износ и трение.

Второе компрессионное кольцо обеспечивает дополнительное уплотнение после маслосъемного. Оно служит для того, чтобы газы, идущие мимо верхнего кольца, не попадали в картер. Нагрузки и температуры в зоне второго кольца ниже, поэтому его конструкция и материалы имеют меньшее значение. Еще одной функцией второго компрессионного кольца является предотвращение детонации и проникновения излишков моторного масла в камеру сгорания.

Некоторые из таких деталей имеют скошенную конструкцию. Вверх они двигаются по слою масла, а при движении вниз удаляют его излишки.

Существует новая конструкция второго компрессионного кольца – без зазора. Такие детали ускоряют приработку двигателя при обкатке, а также незначительно повышают мощность силового агрегата на стенде. Это достигается благодаря максимальному уменьшению видимого зазора для прохождения газов. Потребность в таких кольцах обусловлена работоспособностью остальных колец. Например, если верхнее компрессионное кольцо обеспечивает достаточную герметизацию, то важность второго беззазорного кольца уменьшается.

Маслосъемные кольца снимают лишнее моторное масло, которое смазывает уплотнительные кольца, поршень и поверхность цилиндра. Они сконструированы таким образом, чтобы после их прохода на поверхностях оставалась небольшая масляная пленка толщиной в несколько микрон. В канавках маслосъемных колец предусмотрены прорези или радиальные отверстия, по которым излишки моторного масла возвращаются в поддон.

Выделяют 2 вида маслосъемных колец: составные с пружинами-расширителями и чугунные литые с прорезью. Составные включают два тонких кольца (верхнее и нижнее), а также осевой и радиальный расширители. Такие модели дешевле в производстве, поэтому их устанавливают чаще, чем литые чугунные. В некоторых случаях на поршне имеются два литых или составных кольца. Чугунные кольца для стабилизации прижима снабжаются специальным пружинным расширителем.

Функции поршневых колец

Подводя итог вышесказанному, можно выделить следующие функции поршневых колец:

Компрессия: кольца обеспечивают герметичность камеры сгорания, и газы, возникающие при сгорании топливно-воздушной смеси, не проникают через зазоры между цилиндром и поршнем; это позволяет эффективнее сжимать топливо
Экономия расхода масла: она обеспечивается благодаря маслосъемным кольцам, которые убирают часть смазочного материала со стенок цилиндра и направляют их обратно в картер
Теплообмен: поршневые кольца отводят тепло, которое возникает при сгорании топливно-воздушной смеси, от поршня к стенкам цилиндра; в результате двигатель защищен от перегрева
Снижение горизонтальных колебаний поршня: благодаря плотной посадке кольца не дают поршню «гулять» в горизонтальном направлении, что предотвращает износ цилиндро-поршневой группы двигателя.

Из чего изготовлены кольца?

Как правило для производства поршневых колец используется высококачественный серый или ковкий чугун, а также легированная сталь. У последних предел прочности и теплостойкость выше, но чугунные дешевле. Кроме того, они обеспечивают более легкую и быструю приработку.

Если кольца стальные, то чаще всего их обрабатывают специальными материалами. Верхние – оловом или пористым хромом, вторые – молибденовым покрытием, которое наносят методом легирования. После установки таких колец вначале происходит приработка детали с менее твердым молибденовым покрытием, а затем функции уплотнения переходят к более долговечному хромированному кольцу.

Ранее в двигателях, ресурс обслуживания которых менее 100 тыс. км, использовались чугунные кольца без какого-либо покрытия. Ввиду низкой точности старых деталей это решение было вынужденным. Кроме того, количество колец варьировалось от 4 до 6 штук, их высота была больше современных.

На двигателях последнего поколения большим числом колец оснащаются только крупногабаритные модификации – для более эффективного отвода тепла от поршня.

Типичные проблемы поршневых колец

При износе поршневых колец увеличивается зазор между поверхностью детали и стенками цилиндра. При воспламенении топливно-воздушной смеси отработанные газы могут проникать в масляный картер, тем самым снижая эффективность работы двигателя. Подобные пропуски также влияют на срок службы моторного масла и его рабочие характеристики.

При залегании колец может произойти то же самое. Раскаленные газы, проникающие из камеры сгорания, способствуют разрушению масла и образованию отложений в кольцевых каналах. Это приводит к залеганию колец в канавках, что влечет за собой снижение их подвижности, образование зазора между стенкой цилиндра и кольцами.

Последствия износа поршневых колец легко заметить без разборки двигателя. При увеличенном потреблении масла из выхлопной трубы выходит синий дым, означающий, что моторное масло горит. Особенно это заметно при запуске двигателя, до того, как он наберет рабочую температуру и кольца расширятся в цилиндре.

Вместе с поршневыми кольцами изнашиваются и сами поршни в области юбок. Образованию задиров наиболее подвержены детали без специального покрытия. Раньше его могли наносить только на заводе-изготовителе, сегодня такая возможность есть у любого автовладельца.

В России покрытие для поршней выпускает компания «Моденжи».

MODENGY Для деталей ДВС изготовлено на основе дисульфида молибдена и графита. Оно предотвращает появление задиров на юбках поршней, позволяет снизить шум при работе двигателя, повысить его КПД и уменьшить расхода топлива.

Благодаря удобной аэрозольной фасовке с нанесением покрытия можно справиться без специализированного оборудования. Достаточно тщательно очистить обрабатываемые поверхности и выдержать время полимеризации: 12 часов при комнатной температуре.

Замена поршневых колец

Замена изношенных поршневых колец – процедура достаточно простая. Для снятия кольца нужно развести его края в области замка до тех пор, пока оно не выйдет из канавки. Это можно сделать как специальными щипцами, так и небольшой плоской отверткой.

Далее нужно очистить канавки поршня от нагара. Если этого не сделать, то после замены колец установить поршень обратно в цилиндр будет сложно. Для удаления нагара можно воспользоваться специальным инструментом или старым компрессионным кольцом, сломанным на две части.

После этого следует ознакомиться с инструкцией по установки колец, которая идет в комплекте с новыми деталями. В ней содержится информация о последовательности их установки и правильном расположении. Помимо этого указывается верхняя и нижняя часть кольца. Новую деталь следует устанавливать специальной метке.

При установке нужно быть аккуратным, так как среднее компрессионное и нижнее маслосъемное кольца менее прочные, чем верхнее.

После очистки канавок от нагара проверьте их радиусы и боковые поверхности на предмет повреждений.

Установку поршневых колец с помощью специального цангового устройства начинайте с нижнего. Обязательно контролируйте свои усилия во избежание деформации новых деталей. Кольца с маркировкой «TOP» располагайте маркированной стороной в сторону днища поршня.

Кольца с эспандерными пружинами устанавливайте таким образом, чтобы место стыка было размещено с учетом рекомендованного смещения на 180° относительно стыка поршневого кольца.

После установки проверьте зазоры боковых поверхностей. Они должны составлять до 0,1 мм. Если это значение больше, следует менять сами поршни.

Во время монтажа также учитывайте степень износа зеркала цилиндра. Если она не укладывается в 0,1 мм, то блок цилиндров следует расточить под размер ремонтных поршней или перегильзовать.

После замены колец произведите обкатку двигателя в течение 3-5 тыс. км. Обкатка включает в себя стандартные действия: прогрев двигателя, запрет на движение с высокими оборотами, длительный простой на холостых оборотах, движение на повышенных передачах с малой скоростью и т. д. После обкатки в течение 5-10 тыс. км не следует давать большие нагрузки на двигатель.

Типы поршневых колец и техническое обслуживание поршневых колец

Поршневые кольца производятся и классифицируются на основе функции и удобства использования. Первичное использование поршневого кольца — уплотнение камеры (в которой движется поршень), которая может быть камерой сгорания двухтактного или четырехтактного двигателя. Судовые двигатели имеют три или более типа колец, установленных по окружности поршня.

Поршневое кольцо является важной частью поршня, его количество и функциональность различаются в зависимости от типа и мощности двигателя.

В 2-тактных больших двигателях поршневые кольца компрессионного типа используются для уплотнения камеры сгорания, а грязесъемные кольца устанавливаются под ними для удаления отложений с гильзы и распределения масла по поверхности гильзы.

Прочтите по теме: Причины износа гильзы цилиндра и способы его измерения

Однако в небольших судовых двигателях используются разные типы поршневых колец для специальных целей. Например. Маслосъемное кольцо используется в 4-тактном двигателе, поскольку это двигатель магистрального типа, а масло картера имеет прямой доступ к гильзе цилиндра и поршню.В этой статье мы рассмотрим различные типы поршневых колец, используемых в морских двигателях.

Типы и функции поршневых колец

Компрессионные кольца или кольца давления

Компрессионные кольца обеспечивают уплотнение над поршнем и предотвращают утечку газа со стороны сгорания. Компрессионные кольца расположены в первых канавках поршня.

Однако это может отличаться в зависимости от конструкции двигателя.Основная функция этих колец — герметизировать газообразные продукты сгорания и передавать тепло от поршня к стенкам поршня.

Масло регулируется путем срезания слоя масла, оставленного масляным кольцом, таким образом обеспечивая достаточную смазку верхних компрессионных колец. Кроме того, он также помогает верхнему компрессионному кольцу в уплотнении и теплопередаче.

Стеклоочистительное кольцо

Грязесъемное кольцо, также называемое кольцом Напье или резервным компрессионным кольцом, устанавливается под компрессионным кольцом.Их основная функция — очищать поверхность гильзы от излишков масла и действовать как опорное опорное кольцо при остановке любой утечки газа дальше вниз, выходящей из верхнего компрессионного кольца. Большая часть грязесъемных колец имеет поверхность с углом сужения, которая обращена к нижней части для обеспечения очищающего действия при движении поршня к коленчатому валу.

Связанное чтение: Как внутренние силы в морских двигателях влияют на их работу?

Если грязесъемное кольцо установлено неправильно с углом сужения, ближайшим к компрессионному кольцу, это приводит к чрезмерному расходу масла.Это вызвано тем, что грязесъемное кольцо вытирает излишки масла в сторону камеры сгорания.

Кольца контроля масла / скребки

Маслосъемные кольца регулируют количество смазочного масла, проходящего вверх или вниз по стенкам цилиндра. Эти кольца также используются для равномерного распределения масла по окружности гильзы.

Масло разбрызгивается на стенки цилиндра. Эти кольца также называются скребковыми кольцами, поскольку они соскабливают масло со стенок цилиндра и отправляют обратно в картер.

Эти кольца не позволяют маслу выходить из пространства между лицевой стороной кольца и цилиндром.

Связанное чтение: Интеллектуальная система смазки цилиндров для современных судовых двигателей

В масляном кольце в радиальном центре кольца прорезаны отверстия или прорези, которые позволяют избыточному маслу стекать обратно в резервуар.

Масляные кольца могут быть как цельными, так и двухчастными. Чтобы увеличить контактное давление между кольцом и поверхностью гильзы, кольца могут иметь скошенные края либо на внешних сторонах площадок, либо напротив камеры сгорания, чтобы снизить расход масла за счет улучшенного соскабливания масла из канала.

Двухкомпонентные маслосъемные кольца состоят из чугунного или профилированного стального кольца и винтовой пружины, изготовленной из жаропрочной пружинной стали, и действуют по всей окружности кольца для поддержания давления и контакта.

Материал поршневого кольца

Один из самых известных материалов, используемых при производстве поршневых колец, — чугун. Это связано с тем, что он содержит графит в пластинчатой форме, который сам действует как смазка, помогая скользящему движению между кольцами и гильзой.

На поршневые кольца нанесены сплавы и покрытия, и они будут варьироваться в зависимости от типа кольца, поскольку функции этих колец отличаются друг от друга.

Наиболее распространенной формой легирования чугуна является хром, молибден, ванадий, титан, никель и медь.

Материал поршневых колец держится тверже, чем гильза цилиндра, что обеспечивает максимальный срок службы.

Связанное чтение: Как изготавливаются поршневые кольца?

Поршень главного двигателя

Камера сгорания двухтактного морского двигателя представляет собой большое пространство, производящее огромное количество тепла и напряжений.

Верхние кольца поршня непосредственно контактируют с камерой сгорания, поэтому они нуждаются в лучшей защите и покрытии, чтобы справиться с тепловым напряжением и обеспечить надлежащее уплотнение.

Множество новых разработок было разработано специально для больших двухтактных судовых двигателей. Некоторые из представленных важных разработок:

Двигатель MAN

Самое верхнее поршневое кольцо относится к типу контролируемого сброса давления, в котором на поверхности имеется несколько наклонных неглубоких канавок (с твердым хромированием), позволяющих некоторому давлению газа проходить через 2-е кольцо, тем самым уменьшая нагрузку на верхнее кольцо.На концах колец имеется соединение типа «S».

Недавно была представлена новая конструкция, представляющая собой модифицированную версию колец CPR, известную как кольца CPR Port on Plane (CPR POP).

Изменено положение канавок, которые теперь расположены на нижней стороне кольца, поскольку было отмечено, что износ канавок колец CPR на рабочей стороне был быстрее, чем обычно.

Второе или промежуточное кольцо

Остальные кольца имеют косой надрез на концах колец.Все поршневые кольца имеют алюминиевое покрытие на внешней поверхности для облегчения приработки.

Двигатель Wartsila

В 2-тактном двигателе Wartsila канавки для поршневых колец на поверхности поршня закалены для обеспечения превосходной износостойкости. Верхнее поршневое кольцо (также известное как газонепроницаемое кольцо (GT) в Wartsila) имеет перекрывающиеся концы, чтобы избежать утечки газа благодаря асимметричной форме цилиндра. Они имеют хромокерамическое (CC) покрытие вместе с покрытием для приработки (RC).

Количество поршневых колец зависит от размера двигателя.Например. RTflex 35 будет иметь очень короткую юбку и оснащен тремя поршневыми кольцами, но двигатель RTA может иметь 5 поршневых колец.3

Двигатель четырехтактный

Требование к поршневому кольцу в 4-тактном двигателе отличается, поскольку узел гильзы поршня открыт для отстойника. Следовательно, в пакете поршневых колец для 4-тактных поршней дополнительно необходимы маслосъемные кольца. Обычно он состоит из 2-5 колец в зависимости от типа и спецификации двигателя. Обычно предусмотрены 2-4 компрессионных кольца для герметизации газов из камеры сгорания и 1-3 маслосъемных кольца для предотвращения попадания масла в камеру сгорания.

Кольца компрессора обычно цилиндрического типа с конической поверхностью для эффективного газового уплотнения. Профили маслорегулирующего кольца содержат две площадки и вставленную цилиндрическую пружину для поддержки предварительного натяжения кольца.

Как работают поршневые кольца?

Как объяснялось, в поршне на разных уровнях предусмотрены кольца разных типов, которые выполняют разные задачи.
Самая верхняя канавка поршня состоит из компрессионного кольца, основная функция которого заключается в герметизации любых утечек внутри камеры сгорания во время процесса сгорания.

При воспламенении топливовоздушной смеси давление газов сгорания прикладывается к головке поршня, заставляя поршень двигаться по направлению к коленчатому валу.

Сжатые газы проходят через зазор между стенкой цилиндра и поршнем в канавку поршневого кольца.

Во время процесса сгорания сила газов под высоким давлением прижимает поршневое кольцо к стенке гильзы цилиндра, что способствует образованию эффективного уплотнения. Это давление, толкающее поршневое кольцо, пропорционально давлению газов сгорания.

Следующий набор колец в поршне, который находится под компрессионным кольцом и над масляными кольцами, называется грязесъемными кольцами.

Они имеют конструкцию с конической поверхностью и служат для дополнительного уплотнения камеры сгорания. Как следует из названия, они помогают очистить стенку футеровки от излишков масла и загрязнений. Если какой-либо из дымовых газов смог пройти через компрессионное кольцо, эти газы будут заблокированы грязесъемным кольцом в хорошем состоянии.

Последний набор колец представляет собой масляные кольца, которые расположены в нижних канавках поршня, ближайшего к картеру. Основная функция масляного кольца — соскребать излишки масла со стенок гильзы цилиндра во время движения поршня.

Большая часть протертого масла направляется в картер обратно в масляный поддон. Эти масляные кольца поставляются с пружиной, установленной сзади в 4-тактном двигателе, чтобы обеспечить дополнительный толчок для очистки гильзы.

Почему выходят из строя поршневые кольца?

Камера сгорания оказывает огромное давление на поршневые кольца. Если давление сгорания газа, производимого внутри камеры, выше обычного, это может повлиять на работу кольца.

Это может быть из-за детонации и звона топлива из негерметичной форсунки или когда топливо смешано с грязным воздухом.

Загрязненное жидкое топливо или неправильный сорт цилиндрового масла также влияет на работу кольца. Когда кольцо начнет изнашиваться, станет очевидной их способность герметизировать дымовые газы.

Плохое качество топлива или масла в цилиндре, плохой процесс сгорания, неправильная синхронизация подачи топлива, изношенная гильза и т. Д. Являются нормальной причиной износа поршневых колец. Наиболее частым признаком изношенного кольца является прохождение газа в картер или под поршень, известное как продувка.

Заедание кольца из-за нагара или шлама, а также поломка или трещина на кольце из-за износа.

Что необходимо проверить при осмотре поршневого кольца

Осмотр поршневых колец является важной задачей для определения надлежащей работы поршневых колец с последующей очисткой или заменой поршневых колец (если они сломаны или изношены).

В двухтактных двигателях отверстие, содержащее верхнее кольцо, обычно находится в более высоком положении, чем канавка верхнего кольца четырехтактного двигателя.

При плановом осмотре

При обычном осмотре продувочного пространства поршневые кольца прижимаются с помощью отвертки. Это делается для проверки действия пружины или натяжения колец. Это также говорит о том, сломано кольцо или нет. Если кольцо сломано, пружина не сработает.

Кольца проверяются на предмет их мягкости в канавках, так как они могут застрять из-за нагара и, наконец, сломаться, что приведет к серьезным повреждениям гильзы.

Также проверяется зазор между кольцом и канавкой и рассчитывается износ. Кольцо проверяется на наличие следов истирания и повреждений, а также оценивается общее состояние.

Связанное чтение: Основное руководство по техническому обслуживанию судовых двигателей для морских инженеров

В процессе капитального ремонта

При капитальном ремонте поршневые кольца полностью заменены на новый комплект. Но для списания колец необходимо учитывать следующие шаги: —

1) Если поршневое кольцо застряло в канавке.
2) Если осевая высота колец уменьшена, а зазор в кольцах и канавке велик.
3) Если слой хрома отслоился или поврежден.

Во время капитального ремонта канавки необходимо тщательно очистить от нагара и проверить на наличие повреждений кольцевые канавки.

Перед тем, как поставить поршневое кольцо, его необходимо предварительно прокатить скруглить в канавках. В этом процессе кольцо полностью перемещается внутри канавок.

С помощью этого теста мы можем проверить, что канавки имеют большую глубину, чем радиальная ширина кольца.

Вставляя поршень с замененными кольцами во гильзу, используйте хорошо смазанный инструмент для сжатия поршневых колец, который гарантирует, что кольца не будут прилипать к поверхности гильзы при входе в камеру сгорания.

Поршневые кольца вставляются внутрь изношенной гильзы, также проверяется стыковой зазор. Для колец небольшого поршня (например, компрессора) концы можно обработать с помощью фильтра для поршневых колец, но для судовых двигателей кольца необходимо отправить в береговую мастерскую для ремонта, если стыковой зазор необычный.При надевании колец их следует проверять на наличие маркировки, указывающей, какая часть находится вверху или внизу, а также проверять различную маркировку для разных положений.

Кольца следует укладывать с помощью автодорожки, т.е. с помощью расширителя колец. Зазор между кольцом и канавкой проверяется с помощью щупа.

Осевой и радиальный зазор старого кольца проверяется и записывается для оценки степени износа за несколько часов эксплуатации.

Как выполняется установка поршневого кольца?

Перед установкой поршневого кольца новое или запасное кольцо проверяется на наличие маркировки и сравнивается со старым на тот же уровень или положение.Если старая маркировка поршневого кольца стерта, проверьте руководство по идентификации поршневого кольца, чтобы его можно было поместить в соответствующую канавку.

Канавку необходимо тщательно очистить, чтобы в ней не осталось нагара и шлама. При очистке следует учитывать, что некоторые канавки поршня покрыты специальной защитной пленкой. Они не должны быть повреждены ножом или шлифовальным инструментом.

После того, как канавка будет должным образом очищена, поршневое кольцо устанавливается с помощью инструмента для поршневых колец, который расширяет кольцо для вставки в канавку, сдвигая его с верхней части головки поршня. Убедитесь, что кольцо вставлено, удерживая отметку на верхней стороне.

Большинство поршневых колец снабжено маркировкой «TOP», или поверхность с нанесенным идентификационным номером считается верхней поверхностью, если нет специальной маркировки.

Чрезвычайно важно правильно использовать расширитель колец, так как неправильное использование может повредить кольцо или нанести вред оператору, поскольку кольцо находится под постоянным натяжением.

В небольших 4-тактных двигателях, если инструмент недоступен, кольцо можно расширить с помощью одежды или тряпок, имеющихся в машинном отделении.

Две ветоши помещаются с каждой стороны концов колец, и они вытягиваются так, чтобы кольца можно было расширить и вставить через верхнюю часть поршня.

После установки всех поршневых колец убедитесь, что отверстие или торец всех поршневых колец не совмещены, чтобы избежать утечки газа из камеры.

Ресурс поршневых колец

Как и все другие детали машинного оборудования, поршневое кольцо также подлежит капитальному ремонту и замене в установленный срок. Срок службы поршневого кольца полностью зависит от типа поршневого кольца, размера двигателя, на котором оно установлено, а также от рабочего состояния кольца и гильзы.

Для большого двухтактного поршневого кольца с внутренним диаметром около 900 мм общий срок службы кольца может составлять до 24 000 часов, а для двигателей меньшего размера с внутренним диаметром 500 мм — до 16 000 часов.

Для вспомогательных судовых 4-тактных двигателей, имеющих высокую скорость, срок службы поршневых колец обычно меньше, чем у 2-тактных двигателей.Средний срок службы морского 4-тактного высокоскоростного двигателя составляет примерно 8000 часов, после чего требуется обновление.

Возможно, вы также прочитаете:

Заявление об ограничении ответственности: Мнения авторов, выраженные в этой статье, не обязательно отражают точку зрения Marine Insight. Данные и диаграммы, если они используются в статье, были получены из доступной информации и не были подтверждены каким-либо установленным законом органом.Автор и компания «Марин Инсайт» не заявляют об их точности и не берут на себя ответственность за них. Взгляды представляют собой только мнения и не представляют собой каких-либо руководящих принципов или рекомендаций относительно какого-либо курса действий, которым должен следовать читатель.

Данная статья или изображения не могут быть воспроизведены, скопированы, переданы или использованы в любой форме без разрешения автора и Marine Insight.

Теги: руководство по машинному отделению поршневые кольца

MAHLE Aftermarket Северная Америка | Поршневые кольца

Только MAHLE может сказать, что сегодня является крупнейшим производителем поршневых колец в мире.Эта стабильность ведет к огромному фонду для исследований и разработок, который гарантирует, что MAHLE является самым производительным кольцом как для легких транспортных средств, так и для высокопроизводительных приложений.

Поршневые кольца MAHLE® являются лидером в области кольцевой технологии и инноваций на рынке запасных частей — в конце концов, MAHLE является крупнейшим производителем поршневых колец в мире. Поршневые кольца MAHLE находятся на переднем крае технологии поршневых колец для легковых автомобилей. Широкие соединения OE означают, что поршневые кольца MAHLE имеют технологическое преимущество.Такие вещи, как маслосъемное кольцо CP-20 ™, узкие компрессионные кольца, стальные компрессионные кольца для бензиновых двигателей, маслосъемные кольца низкого напряжения и компрессионные кольца с покрытием для дизелей, все были произведены на заводе-изготовителе. Линия производительности MAHLE снова и снова доказывает, что она должна быть предпочтительным выбором для любой вытяжки — независимо от области применения.

Серый чугун или высокопрочный чугун традиционно использовался в автомобилестроении — сегодня все больше и больше производителей двигателей предпочитают сталь железу.Технология стальных компрессионных колец используется в тяжелых условиях эксплуатации более 30 лет. Это ноу-хау стало неотъемлемой частью конструкции современных автомобильных двигателей. Стальные поршневые кольца обладают более высоким пределом прочности на разрыв, более высоким пределом текучести, большим усталостным ресурсом и большей твердостью, при этом предлагая меньшую массу кольца. Эти факторы приводят к лучшему сопротивлению нагрузкам, уменьшению выбивания канавок, увеличению срока службы, лучшей приспосабливаемости, превосходной экономии масла и улучшенному контролю прорыва при одновременном снижении трения.

Комплекты поршневых колец MAHLE CP-20 ™ подняли планку качества в отношении поршневых колец, а простота установки делает их лучшим выбором для ремонтных мастерских во всем мире. Кольца CP-20 могут выдерживать суровые условия эксплуатации современных двигателей. CP-20 состоит из верхнего компрессионного кольца с торцевой поверхностью для лучшего уплотнения и более быстрой обкатки, второго кольца с обратным скручиванием для лучшего контроля масла и маслосъемного кольца новой конструкции CP-20, которое проще установить — химически отполировано. для лучшего отвода масла и угла ушка 20 ° для обеспечения бокового уплотнения вокруг кольца.

Если вы ремонтируете современный двигатель с компьютерным управлением или реконструируете старый двигатель, обязательно укажите поршневые кольца MAHLE, ранее называвшиеся Perfect Circle, которым профессиональные автомобильные техники доверяют более 100 лет.

Индивидуальные разжимные и сжимающиеся поршневые и уплотнительные кольца

Для высокопроизводительных приложений требуются индивидуальные поршневые кольца производительной конструкции. Компания Precision Rings, Inc., мировой производитель поршневых колец на заказ, является мировым производителем промышленных поршневых колец.(PRI) разрабатывает и производит широкий спектр поршневых колец и уплотнительных колец по индивидуальному заказу, включая расширяющиеся и сжимающие кольца.

Общие запросы на заказные поршневые кольца включают индивидуальные расширяющиеся поршневые кольца, сжимающиеся поршневые кольца, комбинированные поршневые кольца, поршневые кольца со штифтами и пружины Марселя. PRI может изготовить на основе существующего отпечатка или помочь вам с индивидуальной конструкцией поршневого кольца. Существующие конструкции можно оценить на предмет возможного улучшения.

Свяжитесь с нами или позвоните по телефону 317-247-4786, чтобы проконсультироваться с нашим инженерным отделом по поводу правильного выбора звонка или узнать о стиле звонка, который не показан.Наши инженеры могут помочь вам выбрать индивидуальное поршневое кольцо, наиболее подходящее для ваших требований.

Варианты материала поршневого кольца

PRI имеет большой опыт работы с различными материалами при разработке и производстве поршневых колец на заказ. Наш опыт включает изготовление поршневых колец на заказ из суперсплавов или других труднообрабатываемых материалов. Обычно используемые материалы включают:

Нержавеющая сталь серий 300 и 400
17-4 PH®
17-7 PH®
Inconel®
Стеллит®
Waspaloy®
Веспель DuPont®

Алюминиевая бронза
Алюминиевый сплав
A286
Хастеллой®
Torlon®
Titanium®
и др.

Contact Precision Rings, Inc.для нестандартных поршневых и уплотнительных колец

Как производитель, сертифицированный Nadcap и ISO 9001: 2015 / AS9100D, компания Precision Rings, Inc. обладает производственным опытом для изготовления поршневых колец на заказ, которые могут удовлетворить ваши потребности в производительности и превзойти ваши ожидания. Чтобы узнать больше о наших поршнях и уплотнительных кольцах, свяжитесь с нами сегодня или запросите ценовое предложение.

Музей поршневых колец | Функция поршневого кольца | Базовая функция звонка

Функция поршневого кольца

B-2 Основная функция звонка

Цитируется из «Enjin ha kounatteiru エンジンはこうなっている» (Grand Prix BOOK PUBLISHING CO.ООО,)

Функция газового уплотнения

Это означает, что камера сгорания должна быть максимально газонепроницаемой, чтобы давление, создаваемое быстро горящими газами сгорания, перемещало поршень в цилиндре, вызывая вращение коленчатого вала, обеспечивая доступную мощность. Не только важна для такта сгорания / расширения, газонепроницаемость также очень важна для тактов впуска, сжатия и выпуска. Эту общую функцию можно просто назвать «газовым уплотнением».

Функция теплопередачи

Поршневые кольца отводят тепло от горячего поршня к охлаждаемой стенке цилиндра / блоку двигателя. Тепловая энергия течет из канавки поршня в поршневое кольцо, а затем в стенку цилиндра, где в конечном итоге передается охлаждающей жидкости двигателя. Эта функция теплопередачи очень важна для поддержания приемлемых температур и стабильности поршня и поршневых колец, так что герметичность не ухудшается.

Функция контроля масла

Для смазки поршневых колец требуется немного масла, однако желательно свести это количество к минимуму. Кольца действуют как царапающие, удерживая излишки масла в камере сгорания. Таким образом, потребление масла поддерживается на приемлемом уровне, а вредные выбросы сокращаются.

В трех прямоугольниках выше показаны основные функции, выполняемые поршневыми кольцами. Почти во всех случаях каждое отдельное кольцо в наборе из трех колец будет спроектировано таким образом, чтобы оптимизировать или улучшить функции двух других колец.Таким образом, легко понять, что, хотя каждое кольцо в пакете из трех колец уникально, пакет колец в целом действительно спроектирован как « система », где каждое кольцо « настроено » так, чтобы образовать полный комплект из 3-х частей. наиболее эффективно настроить работу в двигателе.

Цитируется из «Enjin ha kounatteiru エンジンはこうなっている» (Grand Prix BOOK PUBLISHING CO.LTD.,)

Как правильно выбрать поршневые кольца и зазор между ними

Почему выбор поршневых колец и концевых зазоров так важны для правильной обкатки, мощности и долговечности

Почему выбор поршневых колец и зазоры так важны для срока службы и мощности двигателя ? Более того, что делает первый запуск двигателя настолько важным для правильной обкатки и долговечности? Эти первые несколько минут работы двигателя создают основу для мощности, эффективности и срока службы двигателя.В идеальном мире все сборки двигателя должны включать в себя динамометрическое натяжение для правильной обкатки двигателя. Однако, если вы похожи на большинство из нас, вы вряд ли можете позволить себе сборку движка, не говоря уже о дополнительных расходах на дино-сессию. На динамометрическом стенде изготовителю двигателя приходится нагружать двигатель и сильно опираться на дроссельную заслонку, чтобы посадить поршневые кольца и подшипники, что сложнее сделать на открытой дороге.

Однако обкатка двигателя опережает нашу историю. Выбор поршня и кольца — это то, с чего он начинается. Прежде чем мы перейдем к типам поршневых колец, нам нужно поговорить о том, что делают поршневые кольца.Хотя работа поршневых колец очевидна — уплотнение цилиндра и контроль уровня масла, — другой не менее важной функцией является перенос тепла от поршня к стенке цилиндра посредством прямого контакта. Масло также уносит разрушительный жар. Поскольку поршневые кольца стали тоньше для снижения трения, повышения эффективности и увеличения мощности, передача тепла от поршня к стенке цилиндра стала более критичной и явно более сложной для поршней.

См. Все 23 фотографии Перед проверкой зазора поршневого кольца проверьте совместимость поршневого кольца с поршнем.Подходят ли кольца к канавкам? Для подтверждения проверьте зазоры со стороны кольца.

Если вы планируете высокопроизводительное вождение, выбор поршневого кольца так же важен, как и выбор поршня. Выбор зависит от того, как будет использоваться ваш двигатель. Существует три основных типа поршней: литые, заэвтектические и кованые. Литые поршни, как правило, относятся к старой школе и были оригинальным оборудованием большинства легковых и грузовых автомобилей в свое время. Заэвтектические поршни отлиты из высококремниевого литья, выбранного из-за их твердости и стоимости. Они не стоят намного дороже, чем литые, и более прочные.Кованые поршни очень прочные и могут выдерживать множество злоупотреблений. Это единственный выбор для высокопроизводительных приложений. Обратной стороной кованых поршней является скорость расширения. Они требуют большего зазора между поршнем и стенкой цилиндра, так как в них используются высокие темпы расширения. В результате они шумят при холодном запуске с очень предсказуемым дребезжанием, которое сменяется тихим по мере прогрева двигателя.

Ширина кольца — это первое, что нужно учитывать при выборе кольца, который зависит от того, как вы собираетесь использовать свой двигатель.Если вы собираетесь участвовать в гонках или хотите сэкономить топливо, вам нужны более тонкие поршневые кольца, которые создают меньшее трение и потребляют меньше энергии. Поршневые кольца более обычных размеров (шире) подходят для круизеров выходного дня и ежедневных поездок, поскольку они лучше изнашиваются и несут большие нагрузки. Вы получите от них больше жизни.

См. Все 23 фотографии Боковые зазоры канавки поршневого кольца в среднем должны составлять от 0,001 до 0,004 дюйма. Уточните у производителя поршня рекомендуемые зазоры.

Раньше стандартные пакеты колец представляли собой верхнее компрессионное кольцо 5/64 дюйма и вторичные кольца, за которыми следовали маслосъемные кольца 3/16 дюйма. Эти размеры относятся к толщине кольца. Толщина 5/64 дюйма (0,078 дюйма) требовала значительного давления на стенку цилиндра для надлежащего уплотнения. Производители поршневых колец называют это радиальным натяжением. Обратной стороной этого является трение. Наибольшее трение в любом пакете поршневых колец создается масляными кольцами. Однако совокупное трение всех трех колец является значительным.Он лишает двигатель мощности и эффективности.

Автомобильные инженеры в конечном итоге поняли, что более тонкий пакет поршневых колец снизит внутреннее трение и повысит эффективность. Заводские двигатели поставлялись с пакетом поршневых колец 1,5 мм / 1,5 / 3,0 мм, начиная с 1980-х годов для снижения трения. По мере того, как поршневые кольца становятся тоньше, величина радиального натяжения, необходимого для прилегания их к стенке цилиндра, значительно уменьшается. Это происходит потому, что по мере уменьшения общей площади поверхности кольца, соприкасающегося со стенкой цилиндра, можно уменьшить радиальное натяжение, создавая такую же нагрузку на кольцо.

Посмотреть все 23 фотографии Поршневые кольца, установленные в поршне, расширяются за пределы посадочных площадок кольца. Когда они сжимаются стенкой цилиндра, они должны упираться в стенку цилиндра. Концевой зазор предназначен для того, чтобы оставить место для расширения при повышении температуры. Слишком маленькие концевые зазоры вызовут заедание кольца и отказ двигателя.

За счет уменьшения радиального натяжения на стенке цилиндра с помощью тонкого поршневого кольца мы также уменьшаем трение, возникающее при скольжении кольца о стенку цилиндра.Мы повышаем мощность за счет уменьшения внутреннего трения в нескольких цилиндрах. Также можно с уверенностью сказать, что более тонкие поршневые кольца лучше уплотняют, что означает уменьшение прорыва колец (потери мощности). Это означает, что над поршнями улавливается большее давление в цилиндре (тепловая энергия), что награждает нас большей мощностью. Постепенно индустрия послепродажного обслуживания предлагала нам более широкий выбор комбинаций поршней и колец.

Поршневые кольца Total Seal от Summit Racing Equipment предлагают расширенную линейку тонких пакетов колец с низким коэффициентом трения для прогрессивных производителей двигателей с поршневыми кольцами серии Ultra-Thin Advanced Profile с 0.Верхнее и второе кольца 9 мм с масляным кольцом 2 мм. Согласно Summit Racing, замена типичного пакета тонких колец 1/16/1/16/3/16 дюйма на комбинацию Total Seal Ultra-Thin 0,9 / 0,9 / 2 мм снижает внутреннее трение на целых 90 процентов. Именно эта передовая кольцевая технология обеспечивает производительность и эффективность.

Усовершенствованная технология поршневых колец стоит недешево. Комплект колец Total Seal Classic 1/16 дюйма от Summit для диаметра 4,030 дюйма стоит немногим более 100 долларов. Вторичные кольца Total Seal Gapless стоят чуть менее 400 долларов за комплект.Прокладки для колец стоят еще выше — почти 500 долларов.

Посмотреть все 23 фотографии Пакеты поршневых колец состоят из трех типов и трех видов работ. Слева направо расположены верхнее компрессионное кольцо, вторичное компрессионное кольцо и маслосъемные кольца. Верхнее компрессионное кольцо удерживает горячие расширяющиеся газы над поршнем. Вторичное компрессионное кольцо служит опорой для верхнего кольца, а также обеспечивает определенный контроль масла, поднимая масло вверх по стенке цилиндра. Маслосъемные кольца протирают стенку цилиндра при движении вниз.

Для приложений с высокими эксплуатационными характеристиками это больше касается выбора правильной конфигурации поршня и степени сжатия, а также выбора оптимизированного пакета колец. Это необходимо прежде всего начать с выбора правильного материала кольца. Ширину и тип кольца можно выбрать после выбора материала. Например, JE Pistons предлагает огромный выбор материалов для колец, который поначалу может показаться огромным. Во-первых, это углеродистая сталь , которая является гораздо более пластичным материалом, чем традиционный чугун, может выдерживать более высокие температуры, не теряя самообладания, и лучше выдерживает детонацию. Чугун по своей природе хрупкий и не такой прочный, как закаленная кованая сталь. Верхние кольца из закаленной стали работают настолько хорошо, что даже автопроизводители в наши дни используют их все больше в производственных двигателях для повышения долговечности. Сталь имеет больше смысла, если вы планируете наддув, закись азота или чрезмерное сжатие, потому что она переносит экстремальные условия лучше, чем железо.

Кольца с хромированным покрытием были когда-то популярны, но потеряли популярность и больше не используются производителями двигателей.Проблема многих колец с хромированным покрытием заключалась в том, что они были чрезвычайно твердыми и их трудно было сломать из-за своей твердости. Более того, они не очень хорошо справлялись с детонацией. Предлагается не использовать их.

См. Все 23 фотографии Здесь, над поршнем, вся энергия вырабатывается через лампу подачи топлива / воздуха. Работа компрессионных колец — удерживать эту тепловую энергию. Невозможно использовать всю тепловую энергию, произведенную при выключенном свете, потому что большая ее часть уходит через выхлопную систему и систему охлаждения.

Некоторые кольца из нитрида стали предлагаются с прочным плазменным молибденовым покрытием в дополнение к газовому нитриду для обеспечения долговечности. Верхние кольца из нитрида стали — хороший выбор для применения в рабочих условиях, однако они не всегда оптимальны, поскольку могут быть дорогими. JE Pistons предлагает множество вариантов колец, если у вас ограниченный бюджет. Закаленный ковкий чугун — хороший вариант для двигателей, работающих на улице, и шаг вперед по сравнению с традиционным чугуном с добавлением магния в серый чугун для повышения пластичности, поскольку ковкий чугун более гибкий.С меньшей вероятностью сломается. Фактически, высокопрочный чугун примерно в два раза превышает предел прочности серого чугуна и изгибается, а не разрушается при воздействии высоких нагрузок. Это делает ковкий чугун отличным верхним кольцом, когда вы беспокоитесь о стоимости. JE Pistons сообщает, что кольца из ковкого чугуна предлагаются с лицевым покрытием из плазменного молибдена (молибдена), чтобы сделать их более совместимыми со стенками железных цилиндров.

JE Pistons добавляет пакет колец Premium Race серии — отличный пример верхнего кольца из высокопрочного чугуна, в котором используется более современная технология вкладки молибдена и плазмы, которая обеспечивает чрезвычайно твердую, пористую, износостойкую поверхность, удерживающую масло и улучшает смазку и в то же время снижает внутреннее трение.Плазма наносится путем распыления на кольцо порошка сплава, содержащего хром, молибден и никель вместе с другими элементами, в небольшой канал на поверхности кольца. При сильном нагреве металлический порошок превращается в расплавленную аэрозоль, обладающую адгезионными характеристиками, снижающими вероятность отслаивания и разрушения. Такой подход означает более быструю обкатку и лучшее уплотнение цилиндра.

Второе поршневое кольцо не справляется с сильным нагревом и давлением верхнего кольца. JE Pistons сообщает нам, что их комплект колец Plasma Moly является отличным выбором, поскольку верхнее кольцо из нитрида углеродистой стали со вторым элементом из высокопрочного чугуна.Менее дорогой версией этой комбинации является комплект колец Sportsman Series , который включает верхнее кольцо из ковкого чугуна с плазменным напылением в сочетании со вторым кольцом из серого чугуна, что является более доступным кольцом.

Масляные кольца в третьей канавке проще, в большинстве пакетов колец используется углеродистая сталь для двух уплотнительных колец. Расширитель в середине двух колец может отличаться, но главный вопрос, который вы хотите задать себе, — как будет использоваться двигатель? После того, как вы выбрали материал кольца, вы можете перейти на следующий уровень принятия решений с точки зрения дизайна верхнего и второго кольца, стилей поверхностей, радиальной толщины и, возможно, любых специальных обработок, таких как притирка и / или ультра или критический закончить шаги.Весь этот процесс направлен на оптимизацию кольцевого уплотнения и улавливание давления в цилиндре над поршнем, которое может быть преобразовано в мощность.

См. Все 23 фотографии Концевой зазор поршневого кольца следует проверять со всеми поршневыми кольцами, в том числе и с предварительно установленными зазорами. Поскольку хонингование стенок цилиндров может быть разным, никогда не принимайте зазоры как должное. Концевые зазоры поршневых колец должны быть больше в высокопроизводительных приложениях из-за более высоких температур и давлений сгорания.

Если вы хотите сэкономить и не собираетесь участвовать в гонках, Summit Racing Equipment и Speedway Motors предлагают широкий выбор литых, заэвтектических и даже кованых поршней Speed Pro практически для всех двигателей, родившихся в Детройте.Сверхэвтектические поршни — хороший компромисс по сравнению с коваными и литыми, если вы просто собираетесь путешествовать. Технический персонал Summit может лучше всего посоветовать вам, что выбрать, а также правильный пакет колец для выбранного вами поршня.

Посмотреть все 23 фотографииВ отношении установки поршневых колец существует две точки зрения. Некоторые строители используют расширители, а другие накатывают их. Уловка в любом случае состоит в том, чтобы свести к минимуму деформацию кольца и соблюдать осторожность с каждым кольцом во время установки. См. Все 23 фотографии Расширитель масляного кольца устанавливается в первую очередь в соответствии с инструкциями производителя кольца.Концы эспандера должны стыковаться и никогда не перекрываться. Масляные кольца наматывают осторожно, стараясь не поцарапать контактные поверхности колец. См. Все 23 фотографии Установка поршневых колец — дело личных предпочтений и техники. В то время как некоторые строители используют расширители колец и проявляют большую осторожность, другие катят их осторожно, стараясь не забить кольцо приземления. Главное помнить, чтобы свести к минимуму искажения, которые могут повредить кольцо там, где оно не будет сидеть должным образом. Смотрите все 23 фотографии Стенки этих цилиндров имеют красивую штриховку, которая будет полезна для посадки кольца.Однако они содержат пыль и мусор, смешанные с маслом, и их необходимо очистить, а затем покрыть моторным маслом. Просмотреть все 23 фотографии Просмотреть все 23 фотографии Верхнее и вторичное компрессионные кольца имеют особую форму, отражающую то, что они делают. Это вторичное компрессионное кольцо из ковкого чугуна с внутренними ступенями. См. Все 23 фотографии. Стандартные комплекты колец представляли собой верхнее компрессионное кольцо 5/64 дюйма и вторичные кольца (справа), за которыми следовали 3/16-дюймовые масляные кольца. В 1980-х годах появились гораздо более тонкие пакеты колец диаметром 1,5 мм (слева) для уменьшения трения и лучшего уплотнения.См. Все 23 фотографии Перед установкой расширитель масляного кольца проверяется на правильность посадки. Сделайте это при проверке кольцевых зазоров. Мы видели неправильно упакованные поршневые кольца, и вы не захотите обнаружить это, когда двигатель будет собран. Концы расширителя должны соприкасаться друг с другом. См. Все 23 фотографии. Рекомендуемый зазор компрессионного кольца зависит от того, как будет использоваться двигатель. С диаметром отверстия 4000 дюймов и высокой производительностью на улице вам понадобится 0,018-дюймовый зазор с верхним кольцом.Это только рекомендуемый номер. Чем больше тепла мы бросаем на кольца, тем больше должен быть зазор. Обратитесь к производителю поршня и колец для уточнения деталей в зависимости от типа выбранного кольца и того, как будет использоваться ваш двигатель. См. Все 23 фотографии. Это шлифовальный станок для поршневых колец, в котором производитель двигателя может обрезать концы колец до нужного зазора. Концевые зазоры колец проверяются, затем тщательно шлифуются до нужного размера. См. Все 23 фотографии. После того, как концевые зазоры колец обрезаются до нужного размера, производитель двигателя подшивает эти области, чтобы предотвратить образование задиров на площадках колец и стенках цилиндров.Посмотреть все 23 фотографииКомпрессионным кольцам нужно пространство, чтобы двигаться и расширяться, поэтому существуют эти характеристики. Боковые зазоры должны быть в среднем от 0,001 до 0,002 дюйма, в зависимости от того, как вы собираетесь использовать двигатель. Боковые зазоры могут достигать 0,004 дюйма в экстремальных условиях. За кольцом также должно быть место в канавке. См. Все 23 фотографии На этом рисунке показан пример установки поршневых колец, а также правильное расположение концевых зазоров колец.Концевые зазоры колец и боковые зазоры различаются от производителя к производителю и от типа кольца к типу кольца. См. Все 23 фотографии Перед установкой поршневых колец смойте их смазкой для сборки двигателя или моторным маслом без содержания моющих присадок весом 30. Вы хотите, чтобы эти парни были скользкими для хорошей посадки на ринге. Посмотреть все 23 фото Посмотреть все 23 фото Кольца Je Pistons, которые можно приобрести в Summit Racing Equipment, предлагают вам различные варианты колец в зависимости от того, как вы собираетесь управлять своим двигателем. Посмотреть все 23 фото

Детали материала и эволюция технологии поршневых колец

Разъемное поршневое кольцо, обычно используемое сегодня, было впервые изобретено Джоном Рамсботтомом в конце 1800-х годов.Его изобретение немедленно заменило кольца из конопли, которые использовались в паровых двигателях, и представляет собой качественный скачок в производительности. Преимущества использования этого типа кольца в паровой машине были огромны с точки зрения мощности, эффективности и технического обслуживания.

Когда вы думаете о поршневых кольцах, задумывались ли вы когда-нибудь о том, что они являются самым маленьким компонентом двигателя внутреннего сгорания, но при этом несут наибольшую ответственность? Когда вы собираете двигатель, вы никогда не понимаете, что поршневое кольцо будет делать в течение его срока службы, что в действительности делает производительность этого крошечного компонента еще больше.

Поршневые кольца выполняют три основные задачи по обеспечению постоянной эффективной мощности двигателя. Прежде всего, кольцо должно эффективно герметизировать каждый цилиндр на протяжении тысяч, а иногда и сотен тысяч миль перед заменой. Когда топливно-воздушная смесь воспламеняется в каждом цилиндре, кольцо должно плотно прилегать к стенке цилиндра, чтобы взрыв мог толкнуть поршень в отверстие. Поршневое кольцо, которое на самом деле представляет собой сформированный кусок проволоки, также должно предотвращать попадание картерных газов в картер, сдерживая взрыв сгорания.

Во-вторых, кольцо помогает передавать тепло от поршня, вызванное взрывом, к стенкам цилиндра. Кольца являются единственным контактом между отверстием цилиндра и поршнем, и это единственный способ передачи тепла в систему охлаждения в процессе сгорания.

Этот поршневой узел в сборе был взят с Benz 1911 года выпуска (это было до того, как компания Mercedes подключилась). Обратите внимание на качество изготовления, например, на плавающую шпильку, спирально-навитые компрессионные кольца и канавки для смазки маслом в шейке стержня.Это было точно и сложно, особенно если принять во внимание инструменты, которые были доступны более 100 лет назад. Подумайте, сколько человеко-часов ушло на сборку с использованием современных инструментов!

В-третьих, и это, пожалуй, самое главное, поршневое кольцо должно препятствовать попаданию моторного масла в камеру сгорания. Каждое отверстие цилиндра похоже на подшипник двигателя. Хонингованные царапины в отверстии создают карман для масла, которое задерживается, поэтому кольца будут смазываться, когда они вращаются и перемещаются вверх и вниз в цилиндре.Но все масло, которое разбрызгивается на стенки цилиндра из вращающегося узла, необходимо соскрести, чтобы предотвратить попадание масла в камеру сгорания, поскольку масло, которое попадает в камеру сгорания, может быть вредным для процесса сгорания, эффективно понижая октановое число транспортного средства. потенциально вызывая вредные последствия.

Благодаря магии исследований и разработок, а также благодаря усилиям по производству оригинальных комплектующих, кажется, что с каждым годом поршневые кольца становятся тоньше, но характеристики двигателя улучшаются. ВНИМАНИЕ !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Это относится ко всем сферам применения, от специальных гоночных поршней до стандартных сменных поршней. Если поршневым кольцам предстоит такая огромная работа, то почему они становятся меньше? Могут ли возникнуть какие-либо побочные эффекты в будущем?

Наше кольцо Total Conform легко обнаружить благодаря радиальным выемкам на нем », — говорит Кейт Джонс из Total Seal. «Это позволяет кольцу полностью соответствовать друг другу, изгибаясь в любой форме, необходимой для полного уплотнения между поршнем и стенкой цилиндра.

Обширные испытания показали, что кольца меньшей ширины оказались столь же эффективными, а может быть, и более эффективными, чем предыдущие более толстые версии. В основном это связано с различием в современном материале поршневого кольца по сравнению с более старыми, менее эффективными материалами. Кроме того, различия в конструкции и форме, а также отделка и покрытия, нанесенные на поверхность поршневых колец, помогают улучшить характеристики и снизить сопротивление. Эти изменения оказались более эффективными, обеспечивают большую мощность при меньшем выбросе воздуха и продлевают срок службы.Лучший способ понять, что происходит в мире поршневых колец, — это оглянуться назад и понять, откуда мы пришли. Благодаря участию Кейта Джонса из Total Seal, который также помог нам с фотографиями и диаграммами для этой статьи.

Выбор материала

Популярным материалом для изготовления поршневых колец является чугун, часто называемый серым чугуном. Самым большим преимуществом использования чугуна для изготовления поршневых колец является то, что он не истирает внутреннее пространство цилиндра и не истирает его.И пока чугунное кольцо достаточного размера, оно будет обеспечивать надлежащее уплотнение. Если рабочие нагрузки увеличиваются или размер уменьшается в зависимости от области применения, кольцевое уплотнение может стать проблемой. Когда для верхнего кольца используется чугун, его обычно покрывают молибденом или хромом для предотвращения износа отверстия. Если для второго кольца используется чугун, покрытие не наносится. Материал чугуна очень хрупкий; Под микроскопом зернистая структура чугуна прямоугольная и острая. Вот почему, если вы попытаетесь скрутить чугунное кольцо, оно сломается, потому что зернистая структура легко разрушается.Чугун популярен, потому что его производство несколько рентабельно. Недостатком его использования является то, что для его завершения требуется несколько этапов производства — и он не идеален для высокопроизводительных двигателей.

Существует два основных метода изготовления чугунного кольца. Самый распространенный способ — взять поршневое кольцо желаемого внешнего диаметра и сформировать форму. Затем, как только чугун был сформирован внутри этой цилиндрической формы, центр формы вырезается по внутреннему размеру поршневого кольца.Например, после завершения процесса у вас будет что-то похожее на ствол пистолета. Затем каждое отдельное кольцо вырезается из формы, как кусок хлеба.

Современные высокотехнологичные методы производства поршней и покрытия требуют использования высокотехнологичных материалов для поршневых колец, которые дополняют улучшения рабочих характеристик, доступные за счет снижения сопротивления и улучшенного контроля масла.

Другой способ изготовления чугунных колец аналогичен способу изготовления модели легкового или грузового автомобиля.Когда вы открываете ящик модели автомобиля, вы обнаруживаете несколько листов пластика, на которых сформированы части, которые вы выламываете из формы, чтобы извлечь части. Чугун разливают в форму, как и детали модели автомобиля, только в форме поршневых колец. По завершении процесса кольца вынимаются из формы и подвергаются окончательной механической обработке для использования. Хотя чугунные кольца могут быть доступными из-за стоимости материала, для их обработки и доработки требуется много ручной обработки. Кроме того, существует много отходов, которые необходимо перерабатывать после получения готового продукта.

Ковкий чугун — еще один материал, используемый при производстве поршневых колец; он существует уже несколько лет и до сих пор широко распространен. Процесс формовки поршневых колец из ковкого чугуна очень похож на процесс изготовления чугунных колец. Состав материала получается из чугуна путем извлечения углеродных чешуек, которые в основном состоят из графита, и формования этого материала в цилиндрическую форму для задания внешнего размера. Затем можно вырезать внутренний размер.Затем кольца можно вырезать из «ствола пистолета» и подвергнуть термообработке. Под микроскопом ковкий чугун имеет круглые зерна шаровидной формы, которые очень прочные, в отличие от структуры зерен чугуна. Если вы возьмете кольцо из ковкого чугуна и попытаетесь его сломать, вы обнаружите, что оно будет только сгибаться и скручиваться в форму кренделя. Ковкий чугун в два раза прочнее чугуна и используется в высокопроизводительных системах. Поскольку большинство дизельных двигателей имеют турбонаддув, кольца из ковкого чугуна обычно использовались из-за их устойчивости к отказу в условиях высокого сжатия и высокого рабочего давления в цилиндре.

Верхнее кольцо из ковкого чугуна дизельного двигателя называется «замковым кольцом». Кольцо трапецеидального камня напоминает боковой треугольник и также известно как самодействующее кольцо.

Движение поршня вверх и вниз поддерживает нагрузку на кольцо трапецеидального искажения в кольцевой канавке поршня и, как побочный продукт, также сохраняет канавку кольца чистой от сажи дизельного топлива. Однако кольцо для трапеции уникальной формы из ковкого чугуна сегодня обычно не используется. Поскольку использование рециркуляции выхлопных газов стало стандартом почти для всех двигателей внутреннего сгорания, при использовании этой формы углеродная набивка имеет тенденцию застревать кольцо в канавке поршня, вызывая поломку.

Если вы не знаете, из какого материала сделаны ваши кольца, не пытайтесь их согнуть. Самый простой способ проверить их — бросить на стол в магазине. Если кольцо издает звонкий звук, это ковкий чугун, а если оно просто стучит по столу, оно изготовлено из чугуна.

Чрезвычайно высокая температура и давление, создаваемые высокопроизводительным дизельным двигателем, могут прорезать верхнее кольцо и действовать как паяльная лампа на остальной части поршня.

Steel’s The Deal

Сегодня, особенно в высокопроизводительных и тяжелых условиях, сталь используется для изготовления поршневых колец.У стальных колец много преимуществ: они легче в производстве, прочнее и тверже, чем высокопрочный чугун, и устойчивы к поломке, особенно в тех случаях, когда требуются сумматоры мощности. Недостаток? Материалы дороже.

Здесь кольцо AP из нержавеющей стали превращается из сырья в рулонный продукт. Поскольку для поршневого кольца критически важно иметь надлежащее натяжение и сопротивление в цилиндре при установке в двигатель, процесс формования является наиболее важным этапом производства, чтобы гарантировать правильность этих характеристик в готовом продукте.

Процесс производства стальных поршневых колец прост; Проволока вырезается из катушки с материалом нужных пропорций. Нет отходов и меньше шагов от нарезки до конечного продукта. Возможно, лучшее в использовании стальных колец — это то, что они могут выдерживать большее тепловое воздействие в суровых условиях и при этом сохранять свою форму без сбоев. А в условиях высоких оборотов, низкого напряжения и высокого вакуума, таких как NHRA Pro Stock и других безнаддувных гоночных классах, стальные кольца обеспечивают гораздо лучшее кольцевое уплотнение.Внутренняя верхняя поверхность обычно имеет скос, который способствует скручиванию при срабатывании цилиндра. Тонкое верхнее кольцо прижимается к дну верхней канавки поршня, и давление газа прижимает кольцо к отверстию. Поскольку поверхность кольца имеет бочкообразную форму, при движении поршня вниз по отверстию кольцо находится в постоянном контакте со стенкой цилиндра.

Современные поршневые кольца различной толщины обеспечивают превосходные характеристики по сравнению с пакетами колец прошлого. Здесь вы можете увидеть сравнение с обычным кольцом.

Детали стального кольца

Чтобы стальное кольцо было совместимо с отверстиями цилиндров из чугуна, оно должно быть покрыто молибденом, хромом, PVD (осаждение из паровой фазы) или газовым азотированием. На лицевую сторону кольца нанесены покрытия из молибдена. Moly обладает высокой устойчивостью к истиранию, но также является пористым, что обеспечивает некоторое удерживание масла.

Хром — очень твердое покрытие, используемое при высоких нагрузках и часто встречается в двигателях гоночных автомобилей. Хромированное покрытие может противостоять пропитке грязью и выводить мусор через выхлопное отверстие.Если бы вы использовали кольца с молибденовым покрытием в этих случаях, попадание грязи могло бы попасть на поверхность кольца из-за пористости, что привело бы к повреждению отверстия.

За последние несколько лет PVD-покрытие стало более популярным в качестве поверхности поршневых колец. PVD представляет собой тонкое покрытие, которое наносится на кольцо с использованием титана или хрома, испаренного при нагревании с реактивным газообразным азотом. Этот процесс сделает кольцо очень твердым, гладким и термостойким.

Наконец, газовое азотирование — это тепловой процесс, при котором кольцо пропитывается азотом, что приводит к его затвердеванию.В результате этого процесса поверхность затвердевает примерно на 0,001 дюйма в глубину; при использовании газового азотирования в отверстии цилиндра перед кольцом будут видны следы износа.

Вторые кольца переходят от чугуна к высокопрочному чугуну и стали. Поскольку второе кольцо соскабливает большую часть масла со стенок цилиндра, стальные кольца для второго положения имеют фаску на нижней стороне, чтобы вызвать скручивание. Когда поршень опускается по отверстию, поворот кольца позволяет конической поверхности соскребать масло со стенок цилиндра.

Обычные вторые кольца имеют форму RBT (коническая поверхность с обратной закруткой) или THG (канавка под крючок или Napier). В случае кольца RBT внутренний скос вызывает скручивание, которое предотвращает скопление масла за кольцом, в то время как коническая поверхность царапает отверстие. Конструкция THG будет иметь скручивание, вызванное не внутренней фаской, а крючком на лицевой стороне кольца, когда оно контактирует с отверстием. Это также предотвращает скопление масла за вторым кольцом и используется в основном для повышения производительности.

Кольца Napier, в которых используется конструкция с крючками, также являются обычными для второй позиции.Крючок удерживает масло во время соскабливания, что позволяет использовать масляные кольца с низким натяжением в этих ситуациях. Вторые кольца из стали или высокопрочного чугуна не имеют покрытия, поскольку исследования показали, что вторые кольца с покрытием не имеют преимуществ по сравнению с кольцами без покрытия, поскольку царапающее действие, используемое для удаления масла, обеспечивает их хорошую смазку.

Хотя многие люди называют второе кольцо компрессионным, мы видим здесь, что оно имеет гораздо большее отношение к контролю масла, чем к сдерживанию сжатия.

Советы по быстрой сборке

Если вы собираете двигатель и используете стальные кольца, обязательно измерьте свободный зазор поршневого кольца. Свободный зазор измеряется, когда вы достаете кольца из коробки и кладете их на стол. Например, зазор в поршневом кольце, лежащем на столе, будет составлять 0,600 дюйма. Вы устанавливаете поршневое кольцо в двигатель, и теперь зазор составляет 0,020 дюйма для вашего приложения. При освежении свободный промежуток теперь измеряется.500 дюймов, что будет считаться нормальным после того, как двигатель будет подвергнут тепловому циклу на соревнованиях. Но если размер свободного зазора составляет 0,100 дюйма, то что-то не так с соотношением воздух / топливо или моментом зажигания, потому что кольцо теряет прочность на разрыв и деформируется из-за слишком большого количества тепла.

При опиливании колец оставьте их как можно более квадратными. Чрезмерное снятие фаски может быть столь же вредным, как и слишком большой зазор.

Еще один совет — как можно меньше снимать заусенцы и фаски при установке поршневых колец напильником.Кроме того, оставьте края как можно более квадратными, чтобы обеспечить лучшее кольцевое уплотнение. Следуйте рекомендациям производителя по правильной технике хонингования. Правильная отделка отверстия цилиндра обеспечит правильное удержание масла для смазки используемого материала колец.

Заключение

Использование набора поршневых колец, который тоньше, чем вы когда-либо думали, — это простой способ высвободить мощность вашего высокопроизводительного двигателя. Эффект «просачивания вниз» со стороны текущих OEM-технологий в данном конкретном случае оказался выигрышным.Эти конструкции колец не ухудшают рабочие характеристики; при надлежащих процедурах обкатки можно ожидать, что они проработают многие тысячи миль в уличном применении без вредных побочных эффектов, хотя мы не можем обещать того же, если вы наносите им пару комплектов закиси азота каждую неделю в ваших субботних ночных поездках в Мексику.

Поршневые кольца — обзор

1 ВВЕДЕНИЕ

Поршневые кольца являются важнейшими компонентами современного двигателя внутреннего сгорания, их оптимальные трибологические характеристики оказывают контролирующее влияние на минимизацию потерь мощности на трение, расхода топлива, расхода масла, прорыва газов и вредных выхлопов. выбросы.

Основные функции пакета поршневых колец, собирательного названия трех или более колец, установленных на поршне, заключаются в образовании эффективного газового уплотнения между камерой сгорания и картером, чтобы ограничить восходящую транспортировку масла из картера. в камеру сгорания и обеспечить проход для передачи тепла от поршня к охлаждающей жидкости двигателя. Все это должно быть достигнуто с минимальными потерями мощности на трение, особенно на границе скольжения со стенкой цилиндра, и с минимально возможным износом, чтобы максимально продлить срок службы компонентов.

К сожалению, пакет поршневых колец вносит наибольший вклад в трение в двигателе внутреннего сгорания в нормальном диапазоне скоростей двигателя и нагрузок, возникающих при эксплуатации [1-3]. Относительная важность варьируется от двигателя к двигателю, но обычно поршневой узел, включающий как поршневые кольца, так и юбку поршня, составляет 40-50% от общего трения двигателя [4]. Что касается износа, недостаточно понимания взаимодействия с процессом смазки.Таким образом, даже несмотря на то, что производители могут производить кольца с отличным ожидаемым сроком службы, эти компоненты могут быть далеки от оптимальных с точки зрения смазки и трения.

Теоретические и экспериментальные исследования смазки поршневых колец, как следствие их важности для работы двигателя, получили большое внимание в литературе, что привело к значительным успехам в нашем понимании их поведения [5]. Математический анализ смазки поршневых колец сложен и по необходимости требует упрощающих допущений.Однако быстрое развитие численных методов за последние тридцать лет привело к появлению сложных моделей смазки поршневых колец, которые находят применение в процессе проектирования [6].

На рисунке 1 показан типичный прогноз удельной толщины пленки, определяемой как отношение минимальной толщины пленки смазки к среднеквадратичной шероховатости поверхности композитного материала.

Рисунок 1. Циклическое изменение удельной толщины пленки между верхним компрессионным кольцом и цилиндром. wall [7]

(1) λ = hminσ

на протяжении всего цикла двигателя для верхнего компрессионного кольца дизельного двигателя из Priest и др. [7], где нулевой угол поворота коленчатого вала соответствует срабатыванию верхней мертвой точки.

Из рисунка 1 видно, что поршневое кольцо испытывает полный диапазон режимов смазки за один цикл, от полной жидкостной пленки через смешанную смазку до граничной смазки. Это характерно для границы раздела поршневого кольца и стенки цилиндра.

Аспекты такого поведения пленки жидкости относительно хорошо изучены, но происходящие поверхностные взаимодействия представляют гораздо большую проблему.

Разработаны модели трения неровностей [8] и скорости износа [7] поршневых колец в граничном и смешанном режимах смазки.Однако поверхностные взаимодействия, происходящие между поршневыми кольцами, поршнем и отверстием цилиндра в присутствии моторного масла с его сложным химическим составом, загрязнением и ухудшением характеристик, чрезвычайно трудно интерпретировать с точки зрения основных механизмов пограничного трения и износа [9].

Таким образом, такие модели являются эмпирическими и предполагают изменение граничного коэффициента трения или коэффициента износа в зависимости от толщины пленки. Оба значения равны нулю в режиме смазки жидкой пленкой и увеличиваются в режиме смешанной смазки по мере увеличения степени контакта поверхности до максимума в режиме граничной смазки.

На рис. 2 показан пример размерного коэффициента износа k по Присту [10].

Рис. 2. Изменение коэффициента износа в зависимости от удельной толщины пленки [10]

Коэффициент износа k связан с объемом материала, удаляемого в результате износа, V, приложенной нормальной нагрузкой, W и расстоянием скольжения, x _s, на

(2) V = kWxs

, как было предложено Ланкастером [11].

Такие модели явно очень чувствительны к значениям, выбранным для режима граничной смазки, k ₀ на рисунке 2, и ситуация дополнительно осложняется тем фактом, что на удельную толщину пленки, как правило, влияют изменения шероховатости поверхности, так как обкатка компонентов.

До сих пор обсуждались только условия между поверхностью поршневого кольца и стенкой цилиндра, но граница раздела между боковой поверхностью поршневого кольца и канавкой поршня также важна с точки зрения надежности и долговечности двигателя [12]. Этому интерфейсу уделялось относительно мало внимания в литературе, но он, вероятно, будет испытывать гораздо более смешанную и граничную смазку, чем поверхность кольца.

Цель данной статьи — помочь аналитику в выборе подходящих значений коэффициентов трения неровностей и коэффициентов пограничного износа путем отчета о серии экспериментов по трению и износу на высокочастотном возвратно-поступательном трибометре.Испытания проводились на образцах поршневых колец, поршней и цилиндров, изготовленных из реальных компонентов, в присутствии моторного масла при скоростях, нагрузках и температурах, характерных для современного автомобильного бензинового двигателя.

Представлены результаты для критических трибологических границ раздела между поверхностью поршневого кольца и стенкой цилиндра, а также боковой поверхностью поршневого кольца и канавкой поршня.