Поршневые кольца: виды, функции, основные дефекты

В двигателях внутреннего сгорания для обеспечения герметичности (приемлемой) скользящего соединения поршня и цилиндра используют поршневые кольца. Посадку колец выполняют в специальные канавки на внешней поверхности поршней.

Виды поршневых колец

Маслосъемные кольца. Их назначение состоит в удалении не требующегося для работы узла масла. Излишки масла собираются на поверхностях поршня и цилиндра, проход колец удаляет излишки и оставляет тонкую масляную пленку. Собранное масло через радиальные отверстия в канавках колец поступает в поддон.

Маслосъемные поршневые кольца выпускают двух типов:

• с пружинами-расширителями – их конструкция состоит из два тонких кольца, радиального и осевого расширителей. Стоимость такого типа колец меньше, что объясняет их популярность в сравнении с чугунными. В некоторых случаях поршни имеют два литых или составных кольца.
• литые из чугуна – могут оснащаться пружинным расширителем для стабилизации прижима.

Компрессионные кольца. Они предназначены для изоляции камеры сгорания. Максимальное количество таких колец на поршне три. Компрессионные кольца бывают верхним и нижним. Первый ускоряет приработку, второй отвечает за герметизацию камеры сгорания после маслосъемного кольца для того, чтобы не допустить попадания газов в картер. Нижнее кольцо также не позволяет излишкам масла проникнуть в камеру сгорания и предотвращает возникновение детонации двигателя.

Функции детали

Поршневые кольца выполняют следующие функции:

• Создание необходимой компрессии путем изолирования камеры сгорания от картера и препятствия попаданию газов между поршнем и цилиндром. Предотвращая проникновение газов, кольца обеспечивают их максимально эффективное сжатие.
• Уменьшение расхода моторного масла благодаря возвращению излишков смазки в картер.
• Теплоотвод с помощью колец от поршня к стенкам цилиндра. Высокие температуры, возникающие в камере сгорания при воспламенении топливно-воздушной смеси создают высокие риски для двигателя. Отвод тепла кольцами позволяет эти риски снизить.
• Предотвращение износа цилиндро-поршневой группы двигателя путем уменьшения опасности горизонтальных колебаний поршня благодаря наличию плотно посаженных колец. Кольца удерживают поршень в строго горизонтальном направлении.

Материалы изготовления

Для изготовления поршневых колец используют:

• легированную сталь. Они обладают лучшей термостойкостью. Важное значение имеет и более высокий предел прочности. На данные кольца наносят твердое антифрикционное покрытие для приработки. Стальные кольца часто имеют покрытие, нижние – молибденовое, верхние – хромовое или оловянное.

• чугун высокого качества. Их достоинством является меньший вес и быстрая приработка.

Количество поршневых колец в современных двигателях по причине высокой мощности и необходимости интенсивного теплоотвода от поршней больше, чем имели модели прошлых лет.

Основные неисправности поршневых колец

К основным неисправностям поршневых колец относятся:

• Износ. При изношенности колец увеличивается зазор между рабочими поверхностями поршня и цилиндра, что приводит к попаданию газов в картер при воспламенении топливно-воздушной смеси в камере сгорания. Двигатель начинает работать менее эффективно. Износ негативно влияет на характеристики моторного масла. Один из признаков износа колец – дым синего цвета из выхлопного патрубка, что особенно заметно при холодном запуске ДВС.

• Залегание колец в канавках. Происходит при тяжелых отложениях. Между рабочей поверхностью поршня и цилиндра появляется зазор, через который из камеры сгорания попадают раскаленные газы. Такой дефект ведет к увеличению расхода моторного масла, негативному воздействию картерных газов на характеристики масла, вплоть до его разрушения, появлению побочных продуктов сгорания топлива.

• Износ юбки поршня. Такой дефект часто возникает одновременно с износом поршневых колец. Подходы к устранению неисправностей различен. Дефектные поршневые кольца обязательно надо менять на новые. Для исправления состояния поршней применяют специальные антифрикционные покрытия. Функция такого покрытия состоит в уменьшении износа поршней благодаря уменьшению трения. Используемое покрытие обязательно должно иметь широкий диапазон рабочих температур. Такое решение проблемы благоприятно сказывается на расходе топлива, увеличивает мощность и снижает шумность двигателя. Современные качественные покрытия твердеют при комнатной температуре и не нуждаются в специальном оборудовании для нанесения благодаря удобной аэрозольной фасовке. Необходимо убрать всякого рода загрязнения перед нанесением антифрикционного покрытия с помощью очистителя-активатора. Применение очистителя-активатора перед нанесением покрытия улучшить адгезию созданием на поверхности пленки.

Замена дефектных колец

Замена поршневых колец выполняется в следующем порядке:

1. Используя специальные щипцы или плоскую отвертку края колец в области замка, разводят так, чтобы деталь покинула канавку.
2. Освобожденную от колец канавку чистят от нагара. Для очистки можно использовать специальные щипцы или части сломанного компрессионного кольца.
3. Уточнить в инструкции к комплекту новых колец последовательность установки и правильное расположение деталей.
4. Очищенные канавки проверяют на возможное повреждение боковых поверхностей и радиусов.
5. С помощью специального цангового устройства сначала устанавливают нижнее новое кольцо. Затем устанавливают верхнее кольцо.
6. Завершающая операция – проверка зазоров боковых поверхностей. Допустимый предел составляет 0,1 мм, при превышении необходима замена поршней.

После замены колец необходимо выполнить обкатку двигателя. Продолжительность обкатки от 3 до 5 тыс. км со стандартными процедурами проверки работы ДВС в разных режимах. Запрещено оставлять автомобиль длительное время на холостых оборотах. После обкатки нужно избегать серьезных нагрузок на двигатель до 10 тыс. км.