Как работают поршневые кольца? Часть 2

Часть 1 здесь, Часть3, Часть4.

   Поршневые кольца выполняют разнообразные функции.

   Мы рассмотрели первичные функции поршневых колец. В большинстве случаев каждое кольцо из классического трехкольцевого набора разрабатывается таким образом, чтобы помогать остальным кольцам выполнять их функции. Исходя из этого становиться понятно, что каждое кольцо из трехкольцевого набора обладает уникальными свойствами. А весь комплект колец это единая система в котором каждое кольцо обладает такими качествами, которые позволяют всей системе функционировать максимально эффективно.   

   Какие вопросы приходиться решать инженерам, металлургам, химикам и физикам при разработке и изготовлении поршневых колец перед тем, как конкретный набор колец будет допущен для установки в какой-либо двигатель.

1. Достаточно ли плотно прилегает рабочая поверхность поршневого кольца к стенкам цилиндра? Наличие даже небольших зазоров будет приводить к утечки продуктов горения за пределы камеры сгорания или же утечки моторного масла в полость камеры сгорания.
2. С какой силой рабочая поверхность поршневых колец прижата к стенкам цилиндра? Если эта сила недостаточна, то при работе будут возникать зазоры между кольцом и стенкой цилиндра, а если сила будет избыточна, то будет наблюдаться ускоренный износ колей и стенок цилиндра.
3. Может ли материал, из которого изготовлены поршневые кольца противостоять воздействию высокой температуры продуктов горения?
4. Может ли материал, из которого изготовлены поршневые кольца противостоять корродирующему воздействию продуктов горения?
5. Могут ли поршневые кольца выполнять свои функции при высоких оборотах двигателя, при которых скорость движения поршня достигает очень больших значений.
6. Могут ли кольца сохранять правильное положение внутри канавки в поршне (например, не выпрыгивать из неё)?
7. Обладают ли кольца высокой устойчивостью к истиранию, особенно в самой верхней точке цилиндра, которой достигает первое компрессионное кольцо, потому что в этом месте на поверхности цилиндра практически не масла, а значение силы трения очень высоки?
8. Обладают ли в целом кольца достаточным ресурсом, чтобы обеспечить работоспособность двигателя, хотя бы в диапазоне средних оборотов (2000-3000 оборотов в минуту) на протяжении тысяч моточасов?
9. Сохранят ли поршневые кольца работоспособность и ресурс при эксплуатации автомобиля, как в чрезвычайно холодных, так и жарких климатических зонах?
10. Смогут ли кольца выполнять свои функции не создавая чрезмерного трения о стенки цилиндра?

   Давайте в качестве примера рассмотрим один из комплектов поршневых колец.

   Вначале опишем первое компрессионное кольцо (верхнее). В рассматриваемом комплекте оно рассчитано для цилиндра диаметром 86мм, имеет высоту 1,2мм и радиальную глубину 3,1мм.

   Мы изобразили это кольцо на рисунке выше, оно находится в расслабленном состоянии перед установкой в двигатель. В этом состоянии между концами кольца имеется свободный промежуток, равный 9мм.  

   При установке в двигатель кольцо сжимается до своего рабочего диаметра, равного в данном случае 86мм. Так как кольцо в следствие своей упругости стремиться вернуться в свое расслабленное состояние оно плотно прижимается своей рабочей поверхностью к стенкам цилиндра. Сила, с которой необходимо сжать кольцо, чтобы привести его в рабочий диаметр может быть измерена и называется тангенциальным напряжением кольца. Тангенциальное напряжение это важная характеристика кольца, которая тщательно рассчитывается на фазе проектирования.

   Наружная поверхность кольца называется рабочая поверхность. Она контактирует со стенкой цилиндра, которая покрыта тончайшим слоем моторного масла. Рабочая поверхность кольца скользит по стенкам цилиндра во время работы двигателя, во время этого скольжения сила трения.

На этой фотографии увеличенное примерно в 150 раз изображение среза первого компрессионного кольца. Хорошо видно, что наружная поверхность имеет сферическую выпуклость.  Сферическая форма чрезвычайно важна для сохранения масляной пленки на поверхности при высокоскоростных взаимодействиях поверхности кольца со стенками цилиндра. Кроме этого, рабочая поверхность кольца покрыта слоем нитрида хрома который был образован методом ионного покрытия (PVD). Так же существуют другие виды покрытий рабочей поверхности, такие как нитрование и хромирование.

    Теперь можно перейти ко второму компрессионному кольцу. В рассматриваемом комплекте оно рассчитано для цилиндра диаметром 86мм, имеет высоту 1,2мм и радиальную глубину 2,9мм.

   Мы видим, что у второго компрессионного кольца имеется как рабочая поверхность, которая позволяет этому кольцу дополнять функцию первого кольца как газового сальника, так и ступенчатое углубление, которое дополняет функцию маслосъемного кольца в части удаления излишков моторного масла со стенок цилиндра.

   При установке в двигатель второе компрессионное кольцо сжимается до своего рабочего диаметра, равного в данном случае 86мм. Так как кольцо в следствие своей упругости стремиться вернуться в свое расслабленное состояние оно плотно прижимается своей рабочей поверхностью к стенкам цилиндра.

   Рассмотрим маслосъемное кольцо.

   Это кольцо состоит из трех элементов. Собранные вместе, они позволяют этому кольцу выполнять свои функции. В рассматриваемом комплекте оно рассчитано для цилиндра диаметром 86мм, имеет высоту 2мм и радиальную глубину 2,5мм.

      Тонкие верхняя и нижняя прокладки "рельсы" имеют толщину около 0,4мм. Внешняя сторона этих прокладок плотно прижата к стенкам цилиндра. Эта сторона имеет специально покрытие из нитрида хрома или же другую специальную обработку (нитрование или хромирование).

   Волнистая форма проставки "лапши" придает ей свойства пружины. Поэтому она оказывает давление на прокладки "рельсы", обеспечивая их прижим к стенкам цилиндра.

   Существует второй вариант конструкции маслосъемных колец. Это тип конструкции называется двухэлементный или корпусной тип.

   Кольца такого типа в основном используются на дизельных двигателях, хотя его все чаще  можно встретить на современных бензиновых моторах.

   Такие кольца состоят из двух элементов: рельсы с M-образным сечением и кольцевидной пружины.

Для того, чтобы передать нам изображения, замеры деталей либо другую оперативно требующуюся информацию, используйте программы Whatsapp, Viber или Skype. Контактный телефон:
8-913-715-57-58, 8-913-7-4444-69
skype: stars_novosibirsk