Для чего нужны компрессионные кольца поршней. Компрессионные поршневые кольца - что это такое? Назначение поршневых колец

Кольца поршневой - специально изготовленные металлические детали в форме окружности, которые одеваются на поршень, а цель поршневых колец - придание необходимого радиального давления для поддержания уплотнения между поршнем и цилиндром. Поршневые кольца, как правило, изготавливаются из такого сплава чугуна, который позволяет им быть упругими и в то же время пластичными, а также служить хорошими теплопроводниками.

Кольца одеваются на поршень в специально проделанный в нём паз. Сами кольца представляют собой незамкнутую окружность, что позволяет их одевать и снимать с поршня, не ломая их.

Почти во всех двигателях установлены 2 типа поршневых колец в зависимости от функции, которую они выполняют:

Компрессионные кольца поршневой вставляются в специальные пазы в верхней части поршня. Их, как правило, насчитывается от 3 до 7 на одном поршне. Эти кольца главным образом служат для уплотнения между стенками цилиндра и поршнем и предотвращают проникновение смеси топлива и воздуха в такте сгорания в картер двигателя . Кроме того, ещё одна роль компрессионных колец поршневой заключается в передаче тепла от поршня к гильзе цилиндра, а также поглощения части поршневых колебаний из-за боковой тяги.
Маслосъёмные кольца - это немного другие кольца поршневой, которые находятся ниже компрессионных колец. Маслосъёмные кольца обеспечивают идеальное смазывание стенки цилиндра, снимая бóльшую часть масла с поверхности гильзы в то время, когда поршень движется вниз. Это делается для того, чтобы свести к минимуму попадание масла в камеру сгорания и, как следствие, его расход .

Кольца поршневой группы очень упругие. Они самостоятельно регулируют свой диаметр, прижимаясь к цилиндру и в то же время оставаясь в своих пазах. Они также сводят к минимуму площадь контакта между поршнем и цилиндром и, таким образом, значительно уменьшают трение, которое в противном случае привело бы к износу поршневой и снижению КПД работы двигателя за счёт большого сопротивления, создаваемого эти трением.

Зачем нужны поршневые кольца?

Кольца поршневой позволяют использовать в поршнях очень лёгкие материалы, такие как алюминий, потому что среди требований к материалу поршней отпадает стойкость к трению, ведь его выполняют кольцо.

Только представьте, если бы у Вашего автомобиля в моторе не было бы колец, и поршень бы тёрся напрямую о стенки цилиндра. Что бы было тогда? Ну, во-первых, поршень должен бы был иметь тот же размер, что и цилиндры. Но тут нас ждала бы большая проблема: при нагреве поршень расширяется в диаметре, и, таким образом, он мог бы застрять в цилиндре, что привело бы к дорогостоящему ремонту. Во-вторых, такой поршень очень быстро бы вызывал всё больше и больше потери компрессии за счёт быстрого износа. Именно поэтому кольца поршневой выполняют такую важную роль.

Процесс монтажа кольца на поршень

Подводя итог, отметим, что кольца в двигателе выполняют 4 главные функции:

Компрессия . Поршневые кольца поддерживают изоляцию камеры сгорания от картерного пространства, что позволяет проводить более эффективное сжатие топлива в камере. Т.е. газообразные продукты сгорания, возникающие в момент зажигания, не проходят сквозь цели между поршнем и цилиндром, потому что от возникновения таких щелей защищает кольцо.
Экономия расхода масла . Маслосъёмные кольца снимают часть масла со стенок цилиндра во время работы мотора, благодаря чему компрессионные кольца отлично смазывают, и в то же время излишки масла не попадают в камеры сгорания.
Теплообмен . Поршневые кольца передают тепло от поршня к цилиндру. Когда топливно-воздушная смесь возгорается в камер сгорания, температура внутри неё достигает приблизительно 300 °С. Если тепло будет накапливаться внутри поршня, двигатель может быть повреждён.
Погашение горизонтальных колебаний поршня . Плотно прижимаясь к стенкам цилиндра, кольца поршневой не дают поршню "гулять" в горизонтальных направлениях, что предотвращает износ поршневой группы мотора.

В силовой установке существует два типа поршневых колец, это компрессионные и маслосъемные.

Компрессионные кольца служат для уплотнения между телом поршня и зеркалом цилиндра, создавая компрессию в процессе своей работы. При этом верхнее кольцо на поршне чисто компрессионное, а второе компрессионно-маслосъемное, за счёт выточки в виде скребка. Самое нижнее кольцо на поршне является только маслосъемным.

МСК — Маслосъемное кольцо

Маслосъемные необходимы для отвода теплоты от тела поршня. Это происходит благодаря тому, что кольца при работе прижимаются к зеркалу цилиндра и отдают теплоту от нагретого поршня к цилиндру. Цилиндр же в свою очередь, отдает тепло охлаждающей жидкости, циркулирующей в рубашке охлаждения снаружи цилиндров. Также они необходимы для защиты камер сгорания от излишков масла, путем снятия его с зеркала цилиндров.

Поршень, компрессионные и маслосъемные кольца

Конструкция

По конструкции маслосъемные кольца могут быть цельными и наборными, то есть состоящими из нескольких частей.

Цельные кольца состоят из двух частей, это само кольцо и спиральная пружина, создающая дополнительную упругость кольцу.

A) Цельное маслосъемное кольцо Б) наборное кольцо

Наборные кольца выполнены из трех элементов, это два тонких кольцах с радиальным расширителем между ними. Замки колец разведены друг от друга. За счет того, что каждое из колец может работать самостоятельно, то есть изменяя силу упругости в разных точках, например, при переходе поршня в нижней мертвой точке, когда поршне пытается повернуться, наборное кольцо более тщательнее снимает лишнее масло с цилиндра, чем сплошное кольцо.

Поэтому мотористы при выполнении планового ремонта по замену колец или при двигателя, придают предпочтение наборным маслосъемным кольцам.

Отличия маслосъемных колец от колпачков

Неопытные автовладельцы часто путают маслосъемные кольца с маслосъемными колпачками. По сути эти два элемента выполняют одну и ту же важнейшую работу в двигателе — оберегают камеру сгорания от излишков масла.

Снижении динамики и мощности;

Увеличении расхода топлива.

Признаки неисправности маслосъемных колец:

Замасливание свечей зажигания;

Отдаются соединение с выхлопной трубой;

Снимается головка блока и поддон двигателя;

Головка блока цилиндром, поршни в нагаре. Фото — drive2.ru

Поочередно отдаются крышки шатунов и поршня (предварительно помеченные по номеру цилиндра) с шатунами достаются из блока силового агрегата;

С поршней снимаются старые поршневые кольца и выполняется очистка и промывка поршней, особенно уделяется внимание дорожкам колец, где обязательно убирается нагар;

На поршни устанавливаются новые кольца, разводятся замки;

Новые кольца

Поверх колец проливается масло и поршня, с помощью оправки, устанавливаются по порядку снятия в цилиндры блока;

Новые кольца на поршнях

Ставятся и затягиваются предписанным моментом крышки шатунов;

Устанавливается головка блока и поддон двигателя с новыми прокладками;

Ставятся все элементы ГРМ, двигатель проворачивается на два оборота и проверяются заводские метки;

Монтируется все снятое навесное оборудование;

Заливается моторное масло и охлаждающая жидкость;

Производится запуск мотора.

Стоимость замены колец и колпачков

Работа по замене поршневых колец стоит по-разному на автостанциях и составляет в среднем порядка от 8 000 — 10 000 рублей и более в зависимости от конструкции двигателя и сложности работы, а также марки автомобиля.

По замене колпачков стоимость работы начинается в среднем от 3000 рублей.

Поршень и цилиндр двигателя внутреннего сгорания имеют близкие размеры, однако, с какой бы высокой точностью они не изготавливались, между ними все равно остается зазор, через который в картер могли бы свободно проходить газы, образующиеся в результате сгорания рабочей смеси, а из картера в камеру сгорания попадало бы моторное масло. Для предотвращения этих крайне нежелательных явлений применяются поршневые кольца.

Они представляют собой незамкнутые кольца, посаженные с небольшим зазором в предназначенных для этой цели поршневых канавках. По своему предназначению они делятся на две группы:

компрессионные, задача которых состоит в предотвращении прорыва газов из камеры сгорания в картер двигателя;
маслосъемные, предназначенные для удаления излишков моторного масла со стенок цилиндров.

Компрессионные поршневые кольца имеют наружный диаметр немного больше диаметра цилиндра. Чтобы деталь могла поместиться внутри, в ней делается вырез, называемый замком. Поверхность компрессионного кольца изготавливается ровной, без каких-либо выемок. Маслосъемные кольца, в отличие от них, имеют сквозные прорези, предназначенные для отвода масла.

Количество колец, устанавливаемых на один поршень, может варьироваться. На заре автомобильной эры, когда двигатели были тихоходными, чтобы как можно лучше справиться с потерями компрессии, их количество доходило до семи. В современных двигателях для каждого поршня, как правило, применяется три: два компрессионных и одно маслосъемное. У спортивных автомобилей с высокооборотистыми форсированными моторами инженеры довольно часто ограничиваются и вовсе двумя.

Какие материалы применяются для изготовления поршневых колец

При изготовлении колец применяются различные материалы, такие, как чугун, нержавеющая сталь, хром и молибден. Чугун сочетает в себе невысокую стоимость и достаточно высокие эксплуатационные характеристики, чем вызвано его широкое распространение.

В состав нержавеющей стали входит большое количество хрома для увеличения жаростойкости и сопротивляемости износу. Благодаря этому кольца из «нержавейки», как и хромированные, лучше сопротивляются высоким температурам, нежели чугунные. Поскольку первое компрессионное кольцо работает в условиях недостатка смазки, необходимо учитывать и этот фактор при выборе материала для него. Как нельзя лучше для покрытия подходит все тот же хром. Хромированные изделия намного лучше сопротивляются истиранию.

Молибден применяется в качестве покрытия рабочей части колец с целью увеличения их ресурса. Помимо этого, молибденовые поршневые кольца быстрее прирабатываются к стенкам цилиндров, что особенно важно в случае их замены при проведении капитального ремонта двигателя .

Анатомия поршневых колец

Не следует думать, что для всех колец из комплекта применяется один и тот же металл. На применяемый материал основное влияние оказывает расположение поршневых колец на поршне. Поскольку все поршневые кольца работают в разных условиях, то и требования, предъявляемые к сплавам, из которых они изготовлены, различны.

Первое компрессионное кольцо

В наиболее тяжелых условиях находятся первые компрессионные кольца, поэтому к ним предъявляются наиболее высокие требования по жаростойкости и сопротивляемости износу. Чаще всего их изготавливают из чугуна с противоизносной вставкой из молибдена.

На первый взгляд все компрессионные кольца выглядят одинаково, однако их конфигурация может существенно различаться. Например, верхнее может быть немного перекручено. В результате с поверхностью цилиндра контактирует только его кромка, а не вся поверхность. Благодаря этому, уменьшаются потери на трение, и сокращается время приработки.

Другой тип – компрессионные кольца с L-образным участком. Их отличительная особенность – способность менять степень уплотнения в зависимости от давления, оказываемого рабочими газами на тыльную часть большого L-образного выступа. Под давлением они расширяются, улучшая компрессию (во время такта сжатия), когда давление уменьшается, диаметр наоборот, уменьшается, при этом уменьшается трение и износ деталей. Какие из колец лучше, каждый решает сам, поскольку у всех имеются свои преимущества.

Второе компрессионное кольцо

Условия его работы менее напряженные, поэтому требования, предъявляемые к материалу, из которого оно изготовлено, менее жесткие. Второе компрессионное кольцо выполняет двойную задачу:

обеспечивает дополнительное уплотнение, задерживая газы, прорвавшиеся через первое;
работает наподобие скребка, препятствуя попаданию моторного масла в камеру сгорания.

Нередко вторые компрессионные кольца имеют форму усеченного конуса, т.е. диаметр верхней части меньше, чем диаметр нижней. Благодаря такой конструкции, при движении поршня вниз со стенок цилиндра удаляется масло.

Оба компрессионных кольца имеют только одно правильное положение для установки, переворачивать их ни в коем случае нельзя, иначе они будут неправильно работать. Для предотвращения ошибок при монтаже на их верхней стороне ставится маркировка, например, «Т» или «TOP».

Маслосъемные кольца

Они устанавливаются под компрессионными. В отличие от последних, их поверхность не сплошная, она имеет окошки, предназначенные для отвода моторного масла. В современных двигателях маслосъемные кольца устанавливаются по одному на каждый поршень, раньше они устанавливались по несколько, особенно в двигателях, предназначенных для стационарного использования.

Подбор запчастей

При выполнении капремонта двигателя необходимо правильно подобрать поршневые кольца, поскольку неправильный подбор приведет либо к отсутствию необходимой компрессии, либо к заклиниванию поршней в цилиндрах с последующим разрушением колец и образованием многочисленных задиров на поршнях и стенках цилиндров. Рассмотрим на примере двигателя ВАЗ-2111, как правильно подобрать нужные детали.

Существует таблица ремонтных размеров поршней и колец, с помощью которой подобрать подходящий диаметр деталей достаточно легко. Базовый диаметр цилиндров мотора ВАЗ-2111 составляет 82 мм, ремонтные поршни имеют увеличенный диаметр: на 0,4 мм для первого ремонта и на 0,8 мм – для второго. Кольца под ремонтные размеры также имеют увеличенный диаметр, и на них проставляется соответствующая маркировка.

В общих чертах процесс капремонта двигателя ВАЗ-2111 выглядит так: цилиндры растачиваются под первый ремонтный размер, при этом оставляется небольшой припуск на хонингование. Затем старые поршни заменяются на новые увеличенного диаметра, и на них монтируются поршневые кольца первого ремонтного размера.

Таблица ремонтных размеров существует для всех двигателей, и подобрать нужный диаметр не составит труда для любого мотора, будь то двигатель ВАЗ или Субару.

Какие кольца лучше

Вопрос, какие поршневые кольца лучше приобрести для замены, не дает покоя многим автовладельцам. При имеющемся многообразии выбор сделать нелегко. Ответить можно так: если цель замены– восстановление нормальной работоспособности мотора, вполне достаточно штатных, если же владелец хочет улучшить характеристики двигателя, лучше обратить внимание на более «навороченные» изделия, например, хромированные или молибденовые.

Поршневые кольца, устанавливаемые в поршневую группу, выполняют одновременно несколько важных для двигателя функций.

Назначение колец

Газовое уплотнение камеры сгорания (пространство над поршнем)
Отвод части тепла от поршня поверхности цилиндра
«управление маслом», т.е. снятие излишек масла со стенок цилиндра и одновременное обеспечение смазки самих колец и цилиндра.

На большинстве современных двигателей как бензиновых, так и дизельных устанавливается комплект из трех колец. Два верхних кольца компрессионные и нижнее маслосъемное кольцо.
Хотя среднему кольцу зачастую отводится двоякая роль, где оно не только служит для поддержания компрессии, но и частично служит и для съема масла, но это будет уже отдельная статья.

Маслосъемные кольца современных двигателей устанавливаются двух типов:

Коробчатое кольцо с пружиной эспандерного типа
Наборное кольцо, состоящее из двухфункционального расширители и двух стальных дисков

Коробчатое кольцо по большому счету представляет собой маслоуправляющее кольцо, тогда как наборное – чисто маслосъемное.
Коробчатое кольцо дает несколько больший расход масла за счет пропуска его части находясь вблизи мертвых точек, но зато обеспечивает смазку поршня и цилиндра. Это происходит по причине отрыва «гребня» кольца от стенки цилиндра в момент «перекладки» поршня.

Подобного недостатка лишено наборное маслосъемное кольцо , так как его диски не связаны жестко друг с другом и контакт диска с зеркалом цилиндра остается всегда постоянным.

Это достигается благодаря тому, что диски имеет небольшую толщину, порядка 0.50-0.63 мм, что позволяет им хорошо «приспосабливаться» к поверхности цилиндра, по сравнению с коробчатым маслосъемным кольцом.

Эта конструкция наборного маслосъемного кольца позволяет ему снимать практически все масло со стенок цилиндра иногда даже ведущее к голоданию пары поршень-цилиндр.
Для этого специально изменена конструкция среднего компрессионного кольца, которое способно удерживать часть масла для смазки колец, поршня и цилиндра над маслосъемным кольцом.

У дизелей, где условия работы поршневой группы гораздо жестче, требования предъявляемые к смазке повышены, устанавливаются в основном коробчатые маслосъемные кольца.
Японские и американские бензиновые двигатели в основном оснащаются с завода наборными маслосъемными кольцами , а европейские производители предпочтение отдают коробчатым маслосъемным кольцам.

Высота гребешков при большом износе коробчатого кольца становится минимальной, а иногда они полностью изнашиваются, что ведет к увеличению зазора в замке кольца и большому расходу масла.
Наборное маслосъемное кольцо не подвержено этому, так как увеличенный зазор в замке перекрывает другой диск, разведенный замком кольца в противоположную сторону.

При замене колец, без выполнения каких либо шлифовочных операций, надежнее будет вариант с наборными маслосъемными кольцами. Обычно эти кольца дороже, чем с коробчатыми маслосъемными кольцами, но цена оправдана и окупится сторицей.

Выбирая подержанное авто, очень важно убедится в его исправности. Нужно ответственно отнестись к проверке работоспособности всех деталей, чтобы избежать неприятностей в будущем. Особое внимание уделяют двигателю, так как это самая важная составляющая автомобиля. Одними из главных его деталей являются маслосъемные кольца. Далее мы рассмотрим, для чего они нужны, и на что обращать внимание при покупке авто.

Предназначение маслосъемных поршневых колец

Поршневые кольца состоят из трех элементов:

верхнее компрессионное кольцо;
компрессионно-маслосъемное кольцо;
нижнее маслосъемное кольцо.

Бывают и только две составляющие: одно кольцо и пружина.

Данные детали устанавливаются на верхнюю часть поршня, и выполняют следующие задачи:

не допускают перегрев поршня, отводя половину тепла на стенку цилиндра. Это помогает сохранять целостность самого поршня, уберегая его от появления дефектов;
обеспечивают герметичность цилиндра, чтобы газ не попадал в картер двигателя;
отводят избыточное количество масла с зеркала в цилиндре, и не допускают его проникновения в камеру сгорания.

Признаки износа маслосъемных колец

У владельца авто на продажу желательно узнать пробег машины и последнюю замену поршневых колец, если она была. Износ данных деталей по естественным причинам происходить после 150 тыс. км. У современных автомобилей срок службы маслосъемных колец достигает 300 тыс. км. И в редких случаях эксплуатация возможна и до 500 тыс. км. При неправильном обращении владельца с автомобилем, запчасти изнашиваются намного быстрее. Также возможно залегание колец, что означает потерю их свойства пружинить из-за сильного нагара между кольцами и поршнем, вследствие чего невозможно плотное приставание к стенке цилиндра.

Очень важно обратить внимание на следующие моменты, указывающие на значительный износ колец:

слишком быстрый расход масла (свыше 0,5л. за 1000 км. в малолитражном авто);
выход черного дыма из выхлопной трубы и запах гари свидетельствуют о проникновении масла в камеру;
имеется попадание газа в картер двигателя, если из трубы вентиляции картера также идет черный дым;
уменьшение мощности работы двигателя говорит о потере компрессии;
загрязнение свечей зажигания.

Для того чтобы маслосъемные кольца прослужили как можно дольше, и во избежание их залегания, нужно придерживаться таких рекомендаций:

использовать качественное масло, не смешивать его, а также производить своевременную замену;
вовремя менять воздушный фильтр, не допускать эксплуатацию авто без воздушного фильтра;
использовать качественное топливо, своевременно менять топливный фильтр;
прогревать двигатель перед каждой поездкой, особенно в зимнюю пору;
не допускать сильного перегрева двигателя, это может привести к разрушению поршневых колец и повреждению цилиндров;
не устанавливайте новые кольца на изношенный цилиндр, возможна их поломка и капитальный ремонт двигателя;
после замены поршневых колец, им необходимо дать время для приработки, так что первые 5000 км. не следует превышать количество оборотов двигателя более 3000 в минуту.

Раскоксовка и замена маслосъемных колец

Устранить неполадки можно двумя путями. Если на поршневых кольцах образовался нагар, его можно будет устранить путем раскоксовки. Для этого нужно приготовить специальную смесь из керосина и ацетона, либо приобрести средство для раскоксовывания.

Когда маслосъемные кольца сильно изношены, то они не подлежат ремонту, их нужно заменить. Если вы увидели такую необходимость, то к стоимости автомобиля еще добавится цена качественных деталей. Не рекомендуется приобретать дешевые кольца, так как они проработают всего пару тысяч километров. Очень важно, чтобы они были изготовлены из того же материала, что и двигатель.

Приобретя подержанный автомобиль с поршневыми кольцами в неудовлетворительном состоянии, следует принят все необходимые меры для их исправления. Иначе произойдет снижение мощности авто, повысится токсичность, значительно возрастет расход масла и топлива. Также изношенные кольца повредят зеркало цилиндра, что приведет к дорогому капитальному ремонту двигателя.