Тепловой зазор поршневых колец

Тепловой зазор поршневых колец

Что бы ни изобретали инженеры-двигателисты, классический поршневой двигатель не сдаёт свои позиции. Его принцип действия не меняется с момента изобретения: сжатая топливовоздушная смесь воспламеняется и толкает поршень вниз, это же порождает и две главные проблемы, стоящие перед инженером – удержание давления и сохранение работоспособности при высоких температурах.

В идеальном случае можно было бы использовать цилиндрический поршень, с микронными зазорами стоящий в цилиндре. На практике такой мотор был бы неработоспособен сразу по множеству причин:

1. Больше всего нагревается днище поршня – если стенки цилиндра легко рассеивают тепло через систему охлаждения, а прилегающая к ним юбка также имеет близкую температуру, то днище может только передавать тепло юбке и кольцам. Поэтому поршень всегда имеет близкую к конусу форму – чем ближе к днищу, тем меньше диаметр, так как тепловое расширение при работе мотора в этой зоне выше. На заре ДВС так и рассчитывалась геометрия поршня – цилиндрический поршень работал до заклинивания, зачищался в затертых местах и снова устанавливался в мотор, пока таким образом не приобретал нужную конусность.
2. Износ цилиндрического поршня, который не имеет уплотнений, привел бы к резкому росту утечек через увеличенный зазор. Поэтому используются компрессионные поршневые кольца: за счет своей упругости они прижимаются к стенкам цилиндра и обеспечивают компрессию при холодном запуске.
3. Количество смазки на стенках цилиндра после хода поршня остаётся минимальным, чтобы избежать угара масла. Чтобы «счищать» смазку со стенок цилиндра, необходимы маслосъемные кольца – основное, которое предназначается именно для этой цели, и нижнее компрессионное, которое имеет асимметричную форму и работает как бы «скребком».

Видео: Теория ДВС: Поршневые кольца (часть 2)

Устройство и принцип работы

Конструкция компрессионного кольца проста: это кольцо, имеющее зазор для того, чтобы его упругость позволяла кольцу расходиться, сохранять прижим рабочей кромки к стенкам цилиндра. Материал – высокопрочный чугун, реже – высоколегированная сталь.

Условия работы верхнего компрессионного кольца жестки: это и высокая температура, и давление. В момент воспламенения смеси давление доходит до 90 бар, температура – приближается к 1500 градусов. По мере износа цилиндра он теряет равномерность диаметра, и при каждом ходе поршня вверх-вниз кольцу приходится сжиматься и разжиматься, что способствует накоплению усталостных напряжений. Для увеличения ресурса как минимум верхнее кольцо покрывается слоем хрома, который имеет высокую твердость.

Второе компрессионное кольцо работает в более легких условиях – в этом месте поршень уже холоднее, а прямая теплопередача от раскаленных газов на него уже не действует. Поэтому оно может и не хромироваться.

Маслосъемные кольца изначально выполнялись цельночугунными, они имели две рабочие кромки с канавкой между ними. Масло, которое пропускалось нижней кромкой, собиралось верхней в эту канавку, а через радиальные отверстия в ней попадало в отверстия в юбке поршня и отводилось внутрь него. Такая конструкция имела серьезный недостаток: обе кромки работали одновременно, в изношенных двигателях, где кольцо перекашивалось вместе с поршнем, происходил прорыв масла за кольцо. Поэтому изобрели составные конструкции: в них два тонких колечка прижимаются к краям канавки пружинящим расширителем, через который и стекает внутрь поршня собранное масло. За счет малой ширины отдельных колец и их работы такая конструкция сохраняет эффективность при перекосах поршня.

Зазор в замке

Прорезь в поршневом кольце принято называть замком. Этот зазор необходим, но он создает и очевидную проблему – в этом месте газы из цилиндра могут спокойно проникать в картер. Поэтому он должен иметь минимальную ширину при сборке, но не нулевую – из-за неравномерности теплового расширения цилиндра, кольца и поршня замок может свестись, после чего кольцо сломается.

Для каждого конкретного двигателя, исходя и из материалов, и из рабочего диапазона температур задается минимальный тепловой зазор в замке – при сборке мотора проверяем зазор в замке, чтобы он был не меньше нижнего порога номинала.

Износа кольца и цилиндра приводит к тому, что кольцо «расходится», зазор в замке растет, как растут и потери давления и масло проникает в камеру сгорания. Исходя из этого, задается максимальный размер зазора, при превышении которого кольцо заменяется новым.

Сравним величины номинального зазора для разных двигателей:

• ВАЗ-2108: 0,25-0,45 мм;
• ГАЗ-24: 0,25-0,6 мм;
• Honda CR-V (мотор K20A4): 0,2-0,35 мм.

О чем нам говорят эти цифры? Минимальный предел зазора в замке нового кольца у отечественных двигателей близок, но вот максимальный выше в моторе с меньшей степенью форсировки: потери давления при этом сохраняются терпимыми. У японского же мотора материалы подобраны лучше, охлаждение верхнего кольца эффективнее, поэтому снижается минимальный размер, и «вольностей» при сборке допускается меньше. Максимальный предел при дефектовке отличается – на моторах ВАЗ он составляет 1 мм, ГАЗ – 1,2 мм, у «Хонды» же верхнее компрессионное кольцо считается изношенным уже при зазоре 0,6 мм, с каким еще можно было бы собирать новый мотор двадцать четвертой «Волги».

Зазор в замке – это важный показатель при дефектовке мотора. Заводя кольцо на разную высоту, где цилиндр изнашивается по-разному, можно без нутромера узнать степень износа: в верху, где кольцо не соприкасается со стенками, цилиндр сохраняет номинальный диаметр, и именно в этом месте зазор в замке отображает износ кольца. Опускаясь ниже, кольцо расширяется, указывает на увеличение диаметра цилиндра ближе к середине, затем снова сужается. Грубо, но достаточно показательно рассчитываем разницу в диаметрах цилиндра на разной высоте, отталкиваемся от измеренного зазора.

Предположим, номинальный диаметр цилиндра – 78 мм, что соответствует окружности 122,522 мм. Измеренный зазор в замке при установке кольца вверху – 0,4 мм, длина самого кольца – 122,122 мм. Теперь опускаем его к центру цилиндра и измеряем зазор 0,8 мм – из окружности 122,922 мм получаем диаметр 78,25 мм. Такой метод не учитывает то, что цилиндр становится бочкообразным или яйцевидным, и в середине кольцо прилегает к стенкам не всей поверхностью. Тем не менее, изменение зазора в замке указывает нам, что проблема двигателя не в износе колец, которые просто заменить: потребуется расточка цилиндров.

Какой зазор должен быть на поршневых кольцах

Двигатель внутреннего сгорания фактически является тепловой машиной. В процессе работы такого двигателя целый ряд нагруженных деталей в конструкции ЦПГ и ГРМ подвергается температурному расширению в результате значительного нагрева. По этой причине для нормальной работы ДВС в отдельных конструкциях предусмотрена самостоятельная регулировка теплового зазора клапанов (при отсутствии гидрокомпенсаторов).

Регулировать тепловые зазоры клапанов необходимо каждые 30-40 тыс. км. пробега, а также в случае появления стука клапанов на холодном или горячем двигателе. Отдельного внимания также требует тепловой зазор между поршнем и цилиндром, а точнее тепловой зазор поршневых колец.

Читайте в этой статье

Какой зазор должен быть на поршневых кольцах

На поршень устанавливается два типа поршневых колец:

• компрессионные кольца;
• маслосъемные кольца;

Также компрессионные кольца делятся на верхнее компрессионное и нижнее компрессионное кольцо. Задачей данных колец является герметизация камеры сгорания и предотвращение прорыва значительной части отработавших газов в картер двигателя. Маслосъемные кольца осуществляют снятие излишков моторного масла со стенок цилиндра, благодаря чему масло не попадает в камеру сгорания в избыточном количестве.

Такой ремонт обычно предполагает расточку блока цилиндров, установку ремонтных поршней и колец. Указанный тепловой зазор является допуском, который учитывает расширение детали с нагревом, то есть когда происходит изменение определенных параметров. Допустимый зазор между поршнем и цилиндром является таким зазором, при котором наблюдается нормальная работоспособность всех элементов. Детали весьма плотно подогнаны друг к другу, но при этом не происходит их повреждения и заклинивания.

Другими словами, допустимый зазор поршневых колец позволяет после теплового расширения добиться такого теплового пространства (зазор между поршнем и цилиндром), при котором плотно прижатые к стенкам цилиндров поршневые кольца создают надежное уплотнение. При этом расширившиеся под воздействием высокой температуры кольца должны сохранять подвижность в канавках на поршне и создавать надежное уплотнение, при этом не препятствуя нормальному перемещению поршня. Параллельно с этим поршневые кольца должны эффективно отводить избытки тепла от нагретых поршней.

Поршневое кольцо не является цельным, так как имеет разрез (замок). Благодаря указанному разрезу удается избежать заклинивания при нагреве и достичь упругости кольца для плотного прижатия к стенкам цилиндра. После установки кольца на поршень и помещения поршня в цилиндр образуется зазор в замке поршневых колец. Такой зазор составляет 0.3- 0.6 миллиметра.

Замок поршневого кольца может быть выполнен в виде прямого или косого среза. Замок с прямым разрезом менее предпочтителен, так как в области краев среза создается сильное давление на стенки цилиндра. Данная особенность конструкции замка вызывает ускоренный износ зеркала цилиндров, после чего происходит утечка газов и повышается расход масла на угар. Увеличение зазора поршневого кольца от допустимых параметров ухудшает уплотнение. Уменьшение зазора колец может привести к их разрушению, заклиниванию или образованию задиров на стенках цилиндров.

Как влияет тепловой зазор поршневых колец на расход масла

В последнее время среди производителей наблюдается тенденция к увеличению тепловых зазоров компрессионных поршневых колец. Зазоры на таких кольцах находятся в диапазоне от 1 до 2 мм. Обычно такой увеличенный зазор актуален для второго компрессионного кольца.

Дело в том, что прижим поршневых колец (как первого верхнего, так и второго компрессионного) практически полностью зависит не от степени упругости самого кольца, а от давления, которое возникает во время сгорания заряда топливно-воздушной смеси в рабочей камере. Отработавшие газы попадают в канавки на поршне, после чего оказываются на обратной стороне колец. В результате происходит увеличение прижимного усилия колец к стенке цилиндра. Наиболее сильно газы воздействуют на первое (верхнее) компрессионное кольцо, а также влияют на прижим второго компрессионного поршневого кольца.

С учетом вышесказанного необходимо отметить, что в режиме работы двигателя на холостом ходу и малых нагрузках давление газов заметно слабее по сравнению с режимом средних и максимальных нагрузок. По этой причине компрессионные поршневые кольца не так сильно прижаты к стенке цилиндра на таких режимах работы ДВС.

Для уменьшения расхода масла производители выполняют увеличение тепловых зазоров поршневых колец. Через увеличенные зазоры газы даже под относительно небольшим давлением намного активнее проникают в кольцевую канавку, после чего попадают на обратную сторону кольца.

Прижим колец улучшается, герметизация камеры сгорания остается на приемлемом уровне, при этом расход масла удается снизить. Единственным недостатком увеличенного зазора колец можно считать большее количество газов, которые попадают в картер через увеличенные зазоры.

Подведем итоги

От правильно подобранного теплового зазора поршневых колец зависит как ресурс самих колец, так и исправность работы всей ЦПГ. Естественный радиальный износ колец приводит к увеличению тепловых зазоров, после чего герметизация камеры сгорания ухудшается.

Необходимо отметить, что для двигателя намного более опасен уменьшенный зазор. Если минимальный зазор в замках (тепловое пространство) сократить до показателя 0.2 миллиметра, после нагрева и выхода мотора на рабочие температуры зазор в замке может полностью отсутствовать. В результате кольцо сильно давит на стенки цилиндра, значительно возрастает износ колец, нарушается теплообмен, а также повышается риск образования задиров.

Как правильно подбирать поршневые кольца. Правильный подбор колец по размерам и материалам изготовления, как выбрать оригинальные кольца. Полезные советы.

Когда необходимо производить замену поршневых колец. Как устанавливать кольца на поршень при замене своими руками. Ресурс, колец, притирка и обкатка.

Почему залегают поршневые кольца. Основные признаки для самостоятельного оределения неисправности, диагностика. Раскоксовка поршневых колец своими руками.

Назначение, конструктивные особенности и принцип работы поршневых колец двигателя внутрннего сгорания. Типы колец, величина зазора, основные неисправности.

Назначение поршня в конструкции ДВС. Особенности и устройство поршня, маслосъемные и компрессионные кольца.

Назначение цилиндро-поршневой группы двигателя внутреннего сгорания. Особенности конструкции, поршень, кольца, гильза цилиндра. Износ и ремонт ЦПГ.

Какой тепловой зазор у поршневых колец является нормой?

Поршень перемещается внутри цилиндра, воспринимая давление воспламенения смеси в камере сгорания. Для этого выдерживается интервал между поршнем и зеркалом гильзы. Этого требует снижение трения, уменьшение износа деталей поршневой группы. При этом моторное масло призвано минимизировать выработку трущихся сочленений, исключая просачивание смазки под поршень. Важной функцией остаётся отвод тепла на стенки цилиндра.

Функции поршневых колец

Поршневые кольца предназначены выполнять функции:

1. Герметизация поршневого пространства, с сохранением давления верхними компрессионными кольцами.
2. Отвод тепла от стенок гильзы.
3. Снижение расхода масла.

Проверка зазора в замках внутри цилиндров

Замок поршневого кольца — стык между двумя концами, которые способны сжиматься до сотых частей миллиметра. Концы имеют прямой или косой срез, при прямоугольном сечении профиля.

Укладывая кольца в канавки, стыки размещаются под углом 120° (если 3), а при двух кольцах — под 180°, что ограничивает просачивание газов, масла в картер, под поршень.

Маслосъёмные кольца предназначены снимать со стенок цилиндра излишки моторной смазки. Рассчитаны оставлять на зеркале тонкий слой плёнки, настолько малый, что измеряется микронами. Конструкция предусматривает радиальные, сквозные щели, через которые снимаемое со стенок масло сливается в картер.

Выпускаются из литого чугуна с прорезями или расширителями. Представляют два кольца (верхний, нижний), пару радиальных или осевых расширителей.

О тепловом зазоре

Общим элементом колец считаются замки, поскольку целевая задача компенсировать тепловое расширение во время работы. Замки претерпевают давление газов, температурные нагрузки, другое инертное воздействие. Это напряжение берёт на себя мизерное расстояние между концами колец.

Для чего же нужен тепловой фактор?

Представим отсутствие зазора между пролётами мостов, железнодорожных рельсов или компенсаторов на магистральных трубопроводах. Солнечный нагрев, расширение, например металла рельсов, не имеющих зазора при укладке, приводит к неизбежному их изгибу со всеми вытекающими последствиями.

В случае с поршневыми кольцами, отсутствие стыкового зазора приводит к поломке и поршня.

Итак, свободное вращение колец исключает стыковые соприкосновения внутри канавки поршня. Конструкция предусматривает разрезы, упреждающие заклинивание от перегрева. Эта особенность способствует плотному касанию к зеркалу цилиндра.

Допускаемый интервал стыка не превышает 0,3-0,6 мм. При малом зазоре стыка, например 0,2 мм, нагретые детали способны оставлять задиры на цилиндре.

Кстати, предпочтение отдаётся деталям с косыми срезами концов. Прямые концы обладают большим давлением на стенки, что преждевременно выводит из строя гильзу, способствуя утечке масла.

Требования к тепловому зазору

Функциональные требования к тепловому зазору предусматривают:

• Отвод тепла от поршня в момент воспламенения смеси . В противном случае поршень выгорит под температурой камеры сгорания.
• Функция уплотнения поршневого пространства . Появляющееся давление должно равномерно прижимать кольца к стенкам цилиндра. Достижение такового прикасания требует установки правильного расстояния.
• Требования к маслосъёмным кругам , отвечающим за подачу нужного количества смазывающего материала. Соблюдение этого правила сохраняет расход масла, бензин на уровне заводских норм.

Параметры

Выставленные зазоры на кольцах

Установленный зазор должен соответствовать 0,6-0,3 мм, а боковой между стенкой не превышать 0,08-0,04 мм.

Величина исходит из того, что отработанные газы действуют на кольца с внутренней стороны канавки, прижимая их к стенке. Согласованное функционирование компрессионных, маслосъёмных колец позволяет получить полное сгорание смеси. Зависит это от укладки их в канавку поршня.

Стало быть, малая величина между концами после прогрева приведёт к задирам зеркала цилиндра.

Зазор измеряется щупом и регламентируется величиной 0,2-0,5 мм . Для двигателей модели ВАЗ на уплотнительных кольцах предусмотрена величина 0,25-0,04 мм . Маслосъёмные имеют 0,25-0,5 мм .

Первое кольцо сверху (компрессионное), как нагруженное из легированного чугуна подвергается напылению хромом. Пористое покрытие этого металла способно удерживать необходимую массу моторного масла.

Плазменное нанесение на кольца слоя молибдена способствует износостойкости, низким показателем трения с цилиндром.

Памятка

Замок на сепараторе покрашен в голубой цвет

Подбирая ремонтный размер, нужно руководствоваться обозначением продукции, включая модель двигателя, номер комплекта, размер изделия. Дополнительно проверяется маркировка, которая находится в определённом месте продукции (близко к концу). Тщательно рассматриваются расширительные пружины со шлифованной поверхностью.

Выводы

Правильно подобранные и грамотно уложенные по месту кольца гарантируют длительный срок эксплуатации.

Как проверить тепловой зазор поршневых колец: рекомендации специалиста

При капитальном ремонте двигателя очень часто возникают вопросы о выборе правильного теплового зазора. Поршневые кольца с слишком большим зазором в замке и по оси будут работать неправильно. Но еще хуже, если зазор был взят слишком маленьким. В этом случае двигатель долго работать не будет и уже через несколько тысяч километров вновь попросится на переборку. Давайте поговорим о том, как правильно подобрать тепловой зазор поршневых колец и каким он, собственно, в идеале должен быть.

Общие сведения и понятия

Поршень состоит из трех колец, каждое из которых выполняет свою определенную функцию. Два верхних служат для поддержания компрессии в двигателе. Если они залегают или достигают критической отметки по износу, то падают динамические характеристики ДВС, увеличивается расход масла и возникают другие проблемы. Нижнее кольцо называется «маслосъёмным». Из названия вполне понятно его назначение в процессе работы силового агрегата.

При работе двигателя внутреннего сгорания металлические детали расширяются. По этой простой причине тепловой зазор поршневых колец уменьшается. Если он изначально был подобран неверно, то есть меньше допустимого, то при достижении рабочей температуры мотора поршень будет царапать стенки цилиндра.

Каков тепловой зазор поршневых колец ВАЗ?

Прежде чем перейти непосредственно к цифрам, хотелось бы отметить, что замер зазора должен выполняться на непрогретой детали. При этом обязательно следует помещать кольцо в цилиндр. Для определения параметра используются специальные щупы или планки. В большинстве случаев допустимое значение зазора колеблется от 0,25 до 0,5 мм. Но в зависимости от типа мотора и его модификации эти данные могут отличаться, поэтому предварительно рекомендуется свериться с документацией ДВС.

Какой тепловой зазор поршневых колец должен быть на автомобилях ВАЗ? Для компрессионных колец он должен быть в диапазоне 0,25-0,4 мм, а для маслосъёмного кольца — 0,25-0,5 мм. Опять же, эти показатели могут несущественно отличаться, поэтому необходимо ориентироваться на конкретную модель двигателя.

Технология выполнения замеров

Первое, что необходимо сделать, это поднести кольцо к боковой части цилиндра. Затем его внешнюю часть поместить в отведенную канавку. Дальше понадобится комплект планок, с помощью которых и определяется зазор. Если же кольцо находится непосредственно внутри цилиндра, то замеры необходимо проводить отдельно, так как расстояние между концами может изменяться.

Первое, что необходимо сделать, это поместить поршневое кольцо в моторное масло. Качество последнего особого значения тут не имеет, так как в процессе эксплуатации сгорит абсолютно все. Дальше кольцо сдвигается по стенке цилиндра. Причем это необходимо делать только в том цилиндре, где это кольцо будет в дальнейшем использоваться. Особенно удобно выполнять такой расчет, если поршень уже демонтирован. В случае недавней проточки блока достаточно сдвинуть кольцо на 3-5 мм, примерно на то место, где оно будет находиться в процессе эксплуатации ДВС. После этого используем комплект щупов (планок) и получаем необходимые значения. Пользуйтесь «мануалом», когда подбираете зазор поршневых колец. Дизель «Форд Эскорт» 1,6, к примеру, должен иметь зазор 0,3-0,5 мм для верхних компрессионных колец и 0,2-0,45 мм для маслосъёмного.

Комплексный ремонт ЦПГ

Так называемая «капиталка» двигателя подразумевает полную дефектовку цилиндро-поршневой группы, ведь именно она подвержена наибольшим тепловым нагрузкам в процессе работы. Следовательно, поршни, компрессионные и маслосъёмные кольца также подвергаются повышенному износу. В некоторых случаях, когда кольца еще не достигли критического износа, их оставляют. На большинстве современных ДВС зазор в 1 мм считается уже критическим, и в этом случае необходима замена колец. Так вот, при капремонте двигателя рекомендуется поменять все кольца на поршнях, даже если они еще и подходят. Нужно это для того, чтобы через 50 000 километров опять не разбирать мотор.

Стоит также понимать, что далеко не всегда зазор для первого и второго компрессионного кольца одинаков. Ярким примером тому служит отечественная тяжелая техника. К примеру, тепловой зазор поршневых колец «КамАЗ» должен выглядеть следующим образом:

• первое компрессионное кольцо — 0,20-0,40 мм (новое);
• второе — 0,30-0,50 (новое);
• маслосъёмное 0,25-0,50 (новое).

При этом допустимый износ для всех типов колец не должен превышать 1 мм. Даже 0,9 мм уже можно считать критическим. Хотя нередко и без разборки ЦПГ понятно, что кольца просятся на замену.

Повысился расход масла

Большинство современных производителей автомобилей увеличивают зазоры поршневых колец в своих двигателях. Если для некоторых типов ДВС критическим является 1 мм, но на новом моторе от «БВМ» или «Ауди» 1-2 мм — это зазор новых колец двигателя без пробега. Тут необходимо разобраться с одним немаловажным моментом.

Дело в том, что при сгорании топливно-воздушной смеси образуются газы, которые попадают в канавку поршня. Соответственно, они начинают создавать давление с внутренней стороны кольца, обеспечивая его прижим к стенке цилиндра.

Именно поэтому при работе ДВС на холостых и малых оборотах прижимное усилие не такое большое, как при высоких нагрузках. Обусловлено это тем, что количество газов в камере сгорания существенно отличается. Второе компрессионное кольцо отчасти выполняет задачу маслосъёмного, снимая пленку с цилиндра. Если оно изношено, то расход смазки увеличивается в разы, особенно на холостых и малых оборотах двигателя.

Тепловой зазор поршневых колец ВАЗ-21083

Отечественный автомобиль 2108, более известный как «восьмерка» или «зубило», не может похвастаться крайне надежным двигателем. Хотя он при должном обслуживании и бегает достаточно много. Тем не менее при капитальном ремонте необходимо особое внимание уделить тепловому зазору. Многие не придают этому значения и оставляют старые кольца. Но такой капитальный ремонт не принесет ожидаемых результатов, особенно если переборка двигателя выполнялась из-за повышенного расхода масла.

Тут есть несколько характерных особенностей. В частности, максимально допустимый зазор во всех кольцах — всего 0,15 мм. При этом номинальный для 1-го компрессионного составляет 0,04-0,075 мм, для второго — 0,03-0,065 мм, а для маслосъёмного — 0,02-0,055 мм. Тут необходимо добиться очень высокой точности. Наиболее оптимальный вариант — промерить канавки на поршне и кольца. Для этого можно воспользоваться микрометром и набором щупов. Замеры на поршне необходимо выполнять в нескольких местах по окружности.

Несколько важных нюансов

От того, насколько правильно будет подобран тепловой зазор поршневых колец дизельного двигателя или бензинового, зависит ресурс работы цилиндро-поршневой группы и, собственно, колец. Появление задиров вследствие трения колец о цилиндр приводит к потере не только компрессии, но и геометрии. Приятного в этом мало, так как для восстановления рабочего состояния понадобится шлифовка, а в самых запущенных случаях — расточка блока цилиндров.

Чем плох маленький зазор

Казалось бы, что для достижения хорошей компрессии необходим зазор как можно меньше. В этом случае и масло сгорать не будет. Все это верно лишь отчасти. Дело в том, что если при расширении зазор станет меньше допустимого, то произойдет нарушение теплообмена. Отчасти это обусловлено повышенным трением колец о цилиндр. В итоге появляются задиры, ускоряется износ цилиндра и кольца. В конце концов компрессионные кольца не создают должного давления, а маслосъёмные оставляют масло на цилиндрах. Спустя некоторое время теряется мощность двигателя, возрастает расход смазочного материала и ухудшается стабильность работы ДВС.

Подведем итоги

Как вы видите, крайне важно знать, какой необходим зазор поршневых колец для определенного типа двигателя. Каждый производитель указывает номинальные и допустимые значения. Их и рекомендуется придерживаться. Если при проведении капитального ремонта кольцо изношено, скажем на 50%, то его лучше заменить на новое.

Не так страшен увеличенный, нежели уменьшенный зазор. Из-за последнего повышается температура в камере сгорания, наносятся механические повреждения цилиндру. Все это в дальнейшем выливается в серьезные затраты. Чтобы ничего подобного не случилось, необходимо правильно подбирать зазор поршневых колец и руководствоваться только проверенными источниками. В инструкции по эксплуатации и ремонту каждого автомобиля указаны необходимые вам данные, их и стоит применять на практике.

Зазор в замке поршневых колец

Принцип действия ДВС достаточно прост – сгорание топлива в нужное время в нужном цилиндре обеспечивает высвобождение энергии и ее преобразование в механическую. Но вот для его реализации требуются материалы с заданными свойствами, сложное оборудование, позволяющее получать детали требуемой формы и с заданными размерами и допусками, учет изменений характеристик узлов при различных режимах работы мотора. Одним из факторов, обеспечивающих функционирование ДВС, является необходимость выдерживать тепловой зазор поршневых колец.

Зачем нужен зазор в замке поршневых колец?

Первоначально давайте определимся, о чем идет речь. Внешний вид поршневого кольца показан на фото ниже:

Конструктивно у ДВС внутри цилиндра перемещается поршень. Именно он воспринимает избыточное давление, возникающее при сгорании топлива, и передает его на коленвал. В этом обманчиво простом описании заложены, как минимум, несколько особенностей:

1. между стенкой цилиндра и движущимся поршнем надо выдержать зазор, позволяющий полностью использовать величину возникающего избыточного давления в камере сгорания;
2. при этом необходимо обеспечить их минимальный контакт для снижения износа деталей;
3. масло, используемое для смазки, должно создавать нормальные условия работы отдельных деталей, и в то же время надо исключить его попадание в камеру сгорания;
4. необходимо обеспечить отвод тепла от поршня на стенки блока цилиндров.

Вот все эти задачи и решают поршневые кольца. Условия, в которых им приходится работать, очень сложные – значительный нагрев и механические нагрузки. Для компенсации воздействия температуры и предусматривается зазор поршневых колец.

Как работают и зачем нужны тепловые зазоры поршневых колец

Существует два типа колец – уплотнительные (компрессионные) и маслосъемные, оба показаны на приведенном рисунке

Само название говорит об их назначении:

• уплотнительные служат для обеспечения герметичности камеры сгорания, предупреждая проникновение из нее продуктов сгорания в картер двигателя;
• маслосъемные предназначены для удаления излишней смазки со стен цилиндра.

На старых, малооборотистых двигателях их стояло по пять-шесть штук (в зависимости от марки мотора), но на современных ДВС обычно используется три кольца – одно маслосъемное и два компрессионных.

Большинство материалов при нагревании удлиняется. При монолитной конструкции кольца, установленного в цилиндр двигателя, будут возникать напряжения, вызывающие его деформацию. Избежать этого позволяет свободное пространство между концами на кольцах.

Каким может быть допустимый зазор? При установке на поршень его величина в замке должна составлять от 0,6 до 0,3 мм.

Кроме того, надо знать, что требуется выдерживать допустимый боковой зазор между кольцом и стенкой. Необходимо обеспечить его значение в диапазоне от 0,08 до 0,04 мм.

Зачем это нужно? Для понимания того, как работает уплотнительное кольцо, приведен рисунок ниже.

Под воздействием давления отработанные газы, проходя в канавке между поршнем и кольцом, воздействуют с его внутренней стороны и увеличивают усилие прижима к цилиндру. Именно для подобной цели нужен зазор, в том числе тепловой, разделяющий боковые поверхности этих элементов.

Таким образом, обеспечив в замке допустимый зазор при установке колец (между их концами, а также боковой поверхностью и поршнем), будут созданы условия для нормальной работы мотора в значительном интервале температур. Кроме того, этому способствует и правильная взаимная их установка, показанная на рисунке ниже. Главное – обеспечивается разнесенное положение замков между собой.

Излишки масла снимаются со стенок цилиндра и отводятся в картер двигателя.
Таким образом, поршневые кольца создают оптимальные условия для сгорания топлива в ДВС, что во многом обеспечивается их конструкцией. Кроме того, во время установки в замке создается допустимый зазор, что сохраняет их работоспособность при значительном изменении условий работы ДВС.

Конструкция современного бензинового или дизельного мотора такова, что только совместная согласованная работа отдельных узлов и механизмов позволяет получить ожидаемые характеристики. И если рассматривать сгорание топлива, то обеспечение для этого оптимальных условий зависит от поршневых колец, а также от того, насколько выдержаны тепловые зазоры в замке при установке на поршень.