Поршневые кольца

Назначение поршневых колец — создать уплотнение между зеркалом цилиндра и поршнем, препятствующее утечке газов из камеры сгорания и прониканию в нее масла.

К поршневым кольцам предъявляют следующие требования:

1. высокая упругость, обеспечивающая хорошее прилегание кольца к зеркалу цилиндра;

2. хорошие антифрикционные свойства с целью уменьшения трения и износа колец и гильзы цилиндра;

3. стойкость против воздействия высоких температур.

Единственным материалом, сочетающим в себе все эти свой­ства, является серый чугун, который и применяется для изго­товления поршневых колец.

По своему назначению кольца делятся на:

• уплотнительные, предохраняющие от прорыва га­зов;

• маслосборные, очищающие масло со стенок цилиндра при движении поршня от ВМТ к НМТ.

Удельное давление кольца на стенку гильзы равно 0,6—6,8 кг/см² и не зависит от его высоты. Поэтому высоту кольца берут возможно меньшей (обычно 2—3 мм) с целью умень­шения инерционных сил, под действием которых могут обло­маться тонкие буртики кольцевых канавок.

Кольца прижимаются к стенкам гильзы не только силами упругости, но и давлением газов, проникающих через зазоры в поршневой канавке и действующих на тыльную поверхность колен (Рис.3.35, а).

Уплотнительная способность колец основана на принципе дросселирования газа при его последовательном перетекании через зазоры колец из одной полости в другую (Рис. 3.35,б). В результате этого понижается перепад между давлением в по­лости над нижним кольцом и давлением в картере, что умень­шает утечку газов.

Рис. 3.35. Уплотнительная способность колец:

а — действие газов на тыльную поверхность колец; б — дросселирующее действие колец;

В наиболее трудных условиях работает первое уплотнительное кольцо, находящееся под непосредственным воздействием горячих газов. При перегреве кольца его упругость и механическая прочность резко понижаются (Рис. 3.36), и оно выходит из строя.

Уплотнительные кольца делаются прямоугольного сечения или же с конусом примерно в 2° с целью лучшей притирки кольца к гильзе. Для лучшего сбрасывания масла со стенок гильзы такие кольца устанавливаются большим основанием к нижнему поясу.

У верхнего кольца скос обычно не делают, так как вслед­ствие значительной разности давления (10 кг/см²) между на­ружной и тыльной сторонами кольца оно могло бы оказаться отжатым от стенки цилиндра (Рис. 3.37).

В свободном состоянии диаметр колец больше диаметра цилиндра, поэтому при посадке кольца в цилиндр оно сжи­мается, за счет упругих деформаций стремится расшириться и, таким образом, прижимается к стенкам цилиндра.

Рис. 3.36. Упругость поршневых Рис.3.37. Действие давления

колец в зависимости вспышки на кольцо с конической от температуры рабо­чей поверхностью

Стык колец, называемый замком (Рис. 3.38), делается обычно под углом 45°, что несколько затрудняет прорыв газов. Как показывают опыты, более сложная форма замка существен­ного улучшения в работу кольца не вносит, а изготовление колец сильно усложняется. Поэтому такие замки применяются редко.

Рис. 3.38. Конструктивные формы замков поршневых колец

При производстве колец предусматривается некоторый зазор в стыке для возможности удлинения кольца при его нагреве. Для уменьшения утечки газов замки колеи, монти­руемых на одном поршне, располагают в наибольшем удалении друг от друга.

Маслосборные кольца имеют следующие особенности:

а) Высота кольца делается больше, а поверхность кольца, прилегающая к гильзе — меньше, чем у уплотнительных. Это осуществляется либо проточкой кольцевой канавки (Рис. 3.39,в),либо снятием фаски (Рис. 3.39, а). Таким путем увеличивают удель­ное давление кольца, и очистка стенок гильзы от масла оказы­вается более совершенной.

б) Для уменьшения насосного действия кольца зазоры в канавках маслосбрасывающих колец делают минимальными, кроме того, в канавке сделано большое число отверстий для прохода масла, счищаемого кольцами со стенок цилиндра.

Рис. 3.39. Типы маслосборных колец

В некоторых моторах в одной канавке устанавливают два маслосборных кольца типа, показанного на Рис. 3.39, б. Такие кольца работают независимо друг от друга. Счистка масла производится острой кромкой, проточенной в кольце; для про­хода масла внутрь поршня в основании колец сделаны выемки.

Такая конструкция кольца упрощает их изготовление, кроме того, путем установки замков обоих колец под углом 180 друг к другу достигается более равномерное давление на стенку гильзы.

Обычно на поршень устанавливают два маслосборных кольца, располагая их непосредственно за уплотнительными. В некото­рых случаях одно из колец устанавливают ниже оси поршневого пальца, что уменьшает расход масла, предотвращая излиш­нее его попадание в камеру сгорания. Но благодаря уменьшению количества масла, попадающего на смазку поршня, ухудшаются условия его работы, особенно при большие значениях силы N.