Поршневые кольца по версии Kolbenschmidt

Как отмечают специалисты Kolbenschmidt, поршневые кольца для двигателей внутреннего сгорания должны отвечать всем требованиям, предъявляемым к динамичному линейному уплотнению. Они должны не только выдерживать тепловое и химическое воздействие, но и обладать определенными свойствами, а также выполнять следующий ряд функций:
· Предотвращение (уплотнение от) просачивания газа из камеры сгорания в картер, чтобы не уменьшались давление газа и, соответственно, мощность двигателя.
· Уплотнение, т. е. предотвращение просачивания смазочного масла из кривошипной камеры в камеру сгорания.
· Создание маслянистой пленки определенной толщины на стенке цилиндра.
· Распределение смазочного масла на стенке цилиндра.
· Стабилизация движения поршня (перекладка поршня). Прежде всего, у холодных двигателей, при достаточно большом рабочем зазоре поршня в цилиндре.
· Передача тепла (теплоотдача) поршня к цилиндру.

Свойства:
• Незначительное сопротивление трения для того, чтобы не пропадала слишком большая часть мощности двигателя.
• Хорошая сопротивляемость и износостойкость по отношению к термомеханической усталости, химическому воздействию и горячей коррозии.
• Поршневое кольцо не должно быть причиной усиленного износа цилиндра, так как из-за этого может уменьшиться продолжительность срока действия двигателя.
• Большая продолжительность срока действия, надежность при эксплуатации и эффективность затрат в течение всего периода эксплуатации.

Поршневые кольца решают три основные задачи.
Первая — это уплотнение от отработавших газов. Основная задача компрессионных поршневых колец состоит в том, чтобы предотвратить пропускание отработавших газов между поршнем и стенкой цилиндра в картер. У большинства двигателей этого можно достичь с помощью двух компрессионных поршневых колец, которые вместе образуют газовый лабиринт. Из-за своей конструкции уплотнительные системы поршневых колец в двигателях внутреннего сгорания не обеспечивают 100%-ю герметичность, так что через поршневые кольца небольшое количество просачивающегося газа всегда попадает в картер. Речь идет о нормальном положении вещей, которого из-за конструкции невозможно полностью избежать. Однако, усиленной передачи отработавших газов мимо поршня и стенки цилиндра нужно в любом случае избегать. Это повлекло бы за собой снижение мощности, повышенный приток тепла в элементы конструкции и потерю эффекта смазки. Срок службы и работа двигателя были бы вследствие этого поставлены под вопрос.

Вторая задача — снятие масла и его распределение. Наряду с уплотнением между кривошипной камерой и камерой сгорания задачей поршневых колец является регулирование толщины масляной пленки. Масло посредством колец равномерно распределяется на стенке цилиндра. Его излишки счищаются в основном маслосъемным поршневым кольцом (3-е кольцо), а также и комбинированным и компрессионным поршневым кольцом (2-е кольцо).

Третья задача — это отвод тепла. Основная часть тепла, поглощенного поршнем во время сгорания, отводится от поршневых колец в цилиндр. Особенно компрессионные поршневые кольца играют существенную роль при теплоотдаче. Таким образом, верхнее компрессионное поршневое кольцо (в зависимости от конструкций двигателя) отводит уже 50 % принятой поршнем теплоты сгорания на стенку цилиндра. Без этого непрерывного отвода тепла при помощи поршневых колец в течение нескольких минут появился бы задир поршня во внутреннем диаметре цилиндра или алюминиевый поршень просто расплавился бы. С этой точки зрения становится совершенно понятно, что поршневые кольца все время должны иметь хороший контакт со стенкой цилиндра. Если во внутреннем диаметре цилиндра появляются отклонения от круглости или поршневые кольца блокируются в кольцевой канавке (нагарообразование, грязь, деформация), то это только вопрос времени, когда из-за отсутствия теплоотдачи поршень пострадает от перегрева.

В зависимости от выполняемых функций (решаемых задач) поршневые кольца могут быть различных видов. Эксперты Kolbenschmidt указывают: под цилиндрическими компрессионными поршневыми кольцами понимают кольца с прямоугольным поперечным сечением. Обе боковые поверхности кольца лежат параллельно друг к другу. Кольцо в этом исполнении является самым простым и самым распространенным видом компрессионных поршневых колец. Сегодня эта модель используется преимущественно в качестве первого компрессионного поршневого кольца у всех бензиновых, а также у некоторых дизельных двигателей для легковых автомобилей. Внутренние фаски и внутренние углы вызывают скручивание колец в установленном (натянутом) состоянии. Положение фаски и, соответственно, внутреннего угла в верхней кромке вызывает «положительное скручивание» колец.

Компрессионные поршневые кольца с маслосъемной функцией.
Конические компрессионные поршневые кольца — выполняют двойную функцию. Они помогают компрессионному поршневому кольцу при герметизации от газов и маслосъемному поршневому кольцу при удалении масляной пленки. У всех видов двигателей (для легковых и грузовых автомобилей, бензиновых и дизельных) конические компрессионные поршневые кольца вставляются в основном во вторую кольцевую канавку.

Поверхность этих колец имеет коническую форму. Отклонение угла по отношению к цилиндрическому компрессионному поршневому кольцу составляет, в зависимости от конструкции, примерно от 45 до 60 угловых минут. Из-за формы кольцо в начальном состоянии опирается только на нижнюю кромку и, таким образом, прилегает только в определённых местах к внутреннему диаметру цилиндра. Вследствие этого, в этом месте появляется высокое механическое давление на поверхность и происходит желаемое снятие слоя материала. Результат этого износа при приработке уже после небольшой продолжительности эксплуатации — совершенно круглая форма и, вместе с этим, хорошее уплотнение. После ста тысяч пробега коническая поверхность кольца изнашивается так, что коническое компрессионное поршневое кольцо берет на себя скорее функцию цилиндрического компрессионного кольца. Теперь кольцо, ранее изготовленное как коническое компрессионное, всё еще отлично выполняет уплотняющую функцию в качестве цилиндрического компрессионного поршневого кольца.
Вследствие того, что давление газа оказывает влияние на кольцо также и спереди (давление газа может проникать в щель между стенкой цилиндра и рабочей поверхностью поршневого кольца), усиление давление газа несколько уменьшается. Во время приработки кольца давление прижима немного уменьшено, и сама приработка происходит с меньшим износом.

Наряду с функцией в качестве компрессионных поршневых колец, конические компрессионные поршневые кольца обладают также хорошими маслосъёмными свойствами. Это происходит из-за смещенной назад верхней кромки кольца. При движении вверх от нижней к верхней мертвой точке кольцо скользит по масляной плёнке. Благодаря гидродинамическим силам (образование так называемого масляного клина) кольцо немного отделяется от поверхности цилиндра. При движении в противоположном направлении кромка кольца проникает глубже в масляную плёнку и, таким образом, отбрасывает масло, прежде всего, к кривошипной камере.
Положение фаски и, соответственно, внутреннего угла на нижней кромке вызывает здесь отрицательное скручивание колец.

Скребковые компрессионные поршневые кольца.
У скребкового компрессионного поршневого кольца нижняя кромка поверхности снабжена прямоугольной или затылованной выемкой, которая кроме герметизации от газов обладает также и функцией удаления масляной пленки. Выемка имеет определённый объем, в котором может собираться снятое масло, прежде чем оно направится обратно в масляный поддон.

Коническое скребковое компрессионное поршневое кольцо — это усовершенствованная модель скребкового компрессионного поршневого кольца, которая на момент сегодняшнего дня применяется в большинстве современных двигателей. Благодаря конической форме поверхности усиливается маслосъемный эффект.

Маслосъемные поршневые кольца были сконструированы только для того, чтобы распределять масло на стенке цилиндре и снимать его излишки. Для улучшения уплотняющей и маслосъемной функции маслосъемные кольца имеют обычно два рабочих пояска. Каждый из этих поясков снимает лишнее масло со стенки цилиндра. Таким образом, как на нижней кромке маслосъемного поршневого кольца, так и между поясками появляется определенное количество масла, которое должно быть устранено из области кольца. При перекладке поршня в пределах внутреннего отверстия цилиндра уплотнение функционирует тем лучше, чем ближе друг к другу находятся оба кольцевых рабочих пояска.

Прежде всего, то масло, которое снимается с верхнего маслосъемного пояска и появляется между кольцевыми рабочими поясками, должно быть устранено из этой области, так как иначе оно попадет за пределы маслосъемного поршневого кольца и тогда должно будет устранено вторым компрессионным поршневым кольцом. С этой целью маслосъемные поршневые кольца, неразъемные или состоящие из двух частей, имеют либо продолговатые прорези, либо отверстия между кольцевыми рабочими поясками. Через эти отверстия в самом кольце, снятое с верхнего рабочего пояска, масло выводится на его обратную сторону. Теперь дальнейший отвод снятого масла может происходить различными способами. Один из методов — доставка масла через отверстия в маслосъемной канавке на внутреннюю сторону поршня, чтобы оно могло оттуда капать в масляный поддон. При так называемых прорезях в оболочке снятое масло доставляется через выемку вокруг бобышки на внешнюю сторону поршня. Комбинация обеих конструкций также находит применение. Для отвода снятого масла оказались пригодными обе конструкции. В зависимости от формы поршня, способа сгорания или цели применения используется как одно, так и другое исполнение кольца. Теоретически нельзя отдать предпочтение одной из этих конструкций. Решение, какой метод подходит лучше для определенного поршня, устанавливается в процессе различных проверок на практике.

Усиление давление прижима давлением сгорания, которое действует на компрессионные кольца во время работы двигателя.
Около 90% общего усилия прижима первого компрессионного кольца создается давлением сгорания во время рабочего такта. Давление распределяется, как показано на рисунке, за компрессионными кольцами и придавливает их еще сильнее к стенке цилиндра. Увеличение усилия прижима оказывает влияние преимущественно на первое компрессионное кольцо, но продолжает действовать в ослабленной форме также и на второе компрессионное кольцо. Давление газа для второго компрессионного кольца регулируется благодаря изменению стыкового зазора первого компрессионного кольца. Из-за немного большего стыкового зазора создается, например, большее давление сгорания на тыльной стороне второго компрессионного кольца, что так же и здесь усиливает прижатие. При большем количестве компрессионных колец, начиная со второго компрессионного кольца, не происходит ни какого увеличения давления прижима с помощью давления газа сгорания.

Маслосъемные поршневые кольца работают на основе их начального напряжения. Из-за особенной формы колец давление газа не может действовать здесь в качестве усилителя прижима. Кроме того, распределение силы в поршневом кольце зависит от формы рабочей поверхности поршневого кольца.

Во время холостого хода, из-за худшего заполнения камер сгорания, давление прижима колец давлением газа увеличивается не так сильно. Это особенно заметно у дизельных двигателей. Двигатели, которые долго работают на холостом ходу имеют повышенный расход масла, так как маслосъемная функция страдает при отсутствии поддержки давлением газа. Часто двигатели при повышении оборотов после длительной фазы холостого хода выбрасывают из выхлопа голубые облака масла, так как масло накопилось в камере сгорания и в выпускной системе.

Дальше больше
yadi.sk/i/g511gfiR38pUtm