Поршневые кольца: виды, функции, типичные проблемы

Маслосъемные колечки: конструктивные особенности и причины отказа

Отличительной особенностью МСК является двухпоясковая конструкция, оставляющая после себя минимальную толщину масляного слоя в области компрессионных колец, читай предохраняет их от закоксовывания. Из необъятного ассортимента маслосъемных уплотнений ныне используются два:

Коробчатое колечко с пружинным расширителем. Пружина эспандерного типа придает изначально жесткому коробчатому кольцу немного гибкости, отчего оно более плотно прилегает к цилиндру. Однако в момент «перекладки» гребни способны травить масло и этот факт нельзя расценивать как отрицательный. Просочившаяся в область компрессионных уплотнений смазка особенно полезна в высоконагруженных бензиновых двигателях с непосредственным впрыском и турбодизелях, где эти МСК активно используются. Также необходимо понимать, что даже при грамотно спроектированной поршневой группе, легкий масложор продлит срок службы компрессионных колец и цилиндров.

Наборное колечко (два диска + распорная пружина-расширитель). Некогда востребованный минимальный расход масла на угар достигался как раз за счет использования наборных колец, состоящих из двух дисков толщиной 0,5…0,63 мм и пружины. За счет отсутствия жесткой связи между поясками они идеально прилегают к цилиндру, не пропуская масло в любом положении поршня. Чтобы избежать масляного голодания в зоне работы компрессионных колечек, форма второго компрессионного кольца здесь позволяет пропускать часть смазки. Такие кольца «ходят» дольше, но конструктивно склонны к закоксовыванию.

Продолжая короткий экскурс в основы строения маслосъемных колец, уместно поговорить о методах отвода масла, собранного между двумя поясками:

Отвод на внутреннюю поверхность поршня. Отверстия в поршневой канавке и в корпусе колечка (в случае коробчатого типа) открывают доступ маслу, скопившемуся между маслосъемными дисками, вглубь поршня.

• Отвод на наружную поверхность поршня. Наличие поверхностных пазов снаружи поршня позволяет организовать слив по наружи.
• Комбинированный вариант. Одновременное использование первого и второго методов.

Заботиться об отводе масла, скопившегося между дисками, необходимо в обязательном порядке. Отсутствие дренажа в этой области приведет к эффекту, подобному масляному клину, как в случае с вторым коническим компрессионным кольцом: колечки не снимают лишнее масло, а скользят по толстому слою смазки. Что же касается выбора схемы дренажа, то тут большую роль играют результаты реальных испытаний силовой установки.

Уместно отметить, что неоригинальные поршни порой не имеют отверстий для отвода масла. Если такие детали не доработать в домашних условиях, то появление масложора на откапиталенном двигателе неизбежно.

Основной бич маслосъемных колец – это склонность к закоксовыванию, читай залеганию, что ведет к масложору. Причинами этого принято считать:

• Регулярный перегрев поршня, как результат интенсивной езды.
• Склонность масла к нагарообразованию, как подтверждение поддельного происхождения или окончания срока службы.
• Сочетания различных качеств, проявляющихся при езде на короткие расстояния и простаивании в пробках.

Необходимо отметить, что всякого рода раскоксовки, заливаемые в цилиндры, здесь практически бессильны… по разным причинам. Во-первых, кокс забивает поршневую канавку до стекловидного состояния. Во-вторых, маслосъемное кольцо – третье сверху, до которого едкая химия добирается не в том количестве, которое требуется для эффективного растворения. Казалось бы, здесь уместно поговорить о промывке двигателя димексидом, но неизведанные последствия дают мощный отпор этой идее. Итого, лучше достать поршни и промыть их в том же димексиде.

Что же до симптомов, то сопоставлять залегание МСК с потерей компрессии не стоит. Компрессионные кольца вполне могут сохранять натяг, в то время, как маслосъемные прекратят напрочь выполнять свои функции.

Особенности расположения поршневых колец на корпусе поршня

На большинстве поршней современных двигателей устанавливается по три кольца. Два верхних кольца компрессионные, нижнее — маслосъемное.

Компрессионные кольца, даже при условии, что два кольца расположены одно над другим, не могут полностью устранить прорыв газов из камеры сгорания.

Проблему прорыва производители пытаются решить разными способами. Так, например, при монтаже колец в заводских условиях кольца располагают так, чтобы замки не находились друг над другом. Лучше всего разводить их на 180 градусов, чтобы они «смотрели» в разные стороны. Кстати, это условие необходимо соблюдать и при капитальном ремонте двигателя.

Прогрев помогает продлить срок эксплуатации любого двигателя, что бы ни заявлял на этот счет производитель. Кольца продолжают тереться о стенки цилиндров — такова конструкция ДВС

В период обкатки двигателя кольца притираются к зеркалу цилиндров, и зазоры практически исчезают. Этим в немалой степени объясняется существование режима обкатки двигателя. Если производитель предписывает такой режим в сервисной книге, его следует соблюдать Чем ответственней владелец подойдет к обкатке двигателя, тем надежней «лягут» кольца на зеркало цилиндров, и тем дольше будет служить мотор.

Маслосъемные кольца выполняют более простую функцию — снимают излишки масла, попадающие на стенки цилиндра снизу. В нижней части двигателя — картере, стоит настоящий масляный туман, который возникает при вращении коленвала. Рассеянное в воздухе масло смазывает стенки цилиндра, позволяя поршням беспрепятственно скользить вверх и вниз, но допустить его попадание в камеру сгорания нельзя. Под воздействием температуры оно немедленно частично сгорит, частично закоксуется, то есть осядет в виде плотного нагара на клапанах, стенках цилиндра, поверхности поршня, словом везде. Если такое происходит, двигатель выходит из строя очень быстро. Кстати, выражение «кольца залегли» имеет к закоксовыванию прямое отношение. Масло просачивается между стенкой цилиндра и изношенным маслосъемным кольцом, масло сгорает, а несгоревший остаток облепляет компрессионные кольца, которые в итоге перестают разжиматься и остаются в сжатом состоянии.

Установка натяжителя цепи ГРМ

Если у вас двигатель 157QMJ серии — делаем следующее: отворачиваем на корпусе натяжителя заглушку; вставляем в нее тонкую плоскую отвертку и начинаем закручивать болтик пока шток натяжителя не зайдет внутрь корпуса.

Не отпуская отвертки с одновременным придерживанием корпуса натяжителя, свободными пальцами — вставляем натяжитель в цилиндр, прикручиваем его болтами и только потом отпускаем отвертку и заворачиваем на место заглушку.

Если у вас двигатель 139QMB серии, то делаем так: выкручиваем из корпуса натяжителя заглушку и вынимаем пружину; задвигаем внутрь корпуса шток; устанавливаем в цилиндр натяжитель; вставляем в корпус пружину и заворачиваем заглушку.

После установки поршневой не забываем произвести регулировку тепловых зазоров клапанов и обкатать двигатель.

Основные неисправности

Поскольку эти элементы ЦПГ находятся в постоянном контакте со стенкой цилиндра, то главной их неисправностью является износ рабочих поверхностей. Ресурс этих элементов во многом зависит от материала изготовления и условий эксплуатации, и он может варьироваться от 150 тыс. до 1 млн. км.

Но несоблюдение правил эксплуатации может значительно сократить их срок службы. Повлиять на ресурс могут:

1. Несвоевременная замена смазочного материала в силовой установке.
2. Использование низкокачественного топлива.
3. Частая эксплуатация авто в условиях пробок или кратковременные поездки.
4. Создание чрезмерно больших нагрузок на силовую установку.
5. Перегрев мотора.

Основными признаками сильного износа поршневых колец является сильное падение компрессии, вследствие чего падают мощностные и динамические показатели авто и увеличивается расход топлива, а также значительное повышение расхода смазочного материала.

Анатомия поршневых колец

Не следует думать, что для всех колец из комплекта применяется один и тот же металл. На применяемый материал основное влияние оказывает расположение поршневых колец на поршне. Поскольку все поршневые кольца работают в разных условиях, то и требования, предъявляемые к сплавам, из которых они изготовлены, различны.

Первое компрессионное кольцо

В наиболее тяжелых условиях находятся первые компрессионные кольца, поэтому к ним предъявляются наиболее высокие требования по жаростойкости и сопротивляемости износу. Чаще всего их изготавливают из чугуна с противоизносной вставкой из молибдена.

На первый взгляд все компрессионные кольца выглядят одинаково, однако их конфигурация может существенно различаться. Например, верхнее может быть немного перекручено. В результате с поверхностью цилиндра контактирует только его кромка, а не вся поверхность. Благодаря этому, уменьшаются потери на трение, и сокращается время приработки.

Другой тип – компрессионные кольца с L-образным участком. Их отличительная особенность – способность менять степень уплотнения в зависимости от давления, оказываемого рабочими газами на тыльную часть большого L-образного выступа. Под давлением они расширяются, улучшая компрессию (во время такта сжатия), когда давление уменьшается, диаметр наоборот, уменьшается, при этом уменьшается трение и износ деталей. Какие из колец лучше, каждый решает сам, поскольку у всех имеются свои преимущества.

Второе компрессионное кольцо

Условия его работы менее напряженные, поэтому требования, предъявляемые к материалу, из которого оно изготовлено, менее жесткие. Второе компрессионное кольцо выполняет двойную задачу:

1. обеспечивает дополнительное уплотнение, задерживая газы, прорвавшиеся через первое;
2. работает наподобие скребка, препятствуя попаданию моторного масла в камеру сгорания.

Нередко вторые компрессионные кольца имеют форму усеченного конуса, т.е. диаметр верхней части меньше, чем диаметр нижней. Благодаря такой конструкции, при движении поршня вниз со стенок цилиндра удаляется масло.

Маслосъемные кольца

Они устанавливаются под компрессионными. В отличие от последних, их поверхность не сплошная, она имеет окошки, предназначенные для отвода моторного масла. В современных двигателях маслосъемные кольца устанавливаются по одному на каждый поршень, раньше они устанавливались по несколько, особенно в двигателях, предназначенных для стационарного использования.

Как раскоксовать кольца в двигателе?

Основными признаками проблем с двигателем могут являться такие симптомы, как:

• Изменение цвета выхлопа;
• Уменьшение мощности движка;
• Увеличение объема расходуемого горючего или масла.

Большая часть мастеров на СТО будут настаивать на полном капитальном ремонте. Помимо автосервисов, от проблемы закоксованности двигателя, можно избавиться более простым способом. Счистить с двигателя слой нагара вполне возможно и в домашних условиях.

В первую очередь нужно разобраться, какие конкретные операции вам потребуется провести, и как лучше всего это сделать. Ранее пользовалась популярностью «жесткая» раскоксовка. Этот способ очистки от нагара достаточно прост, в цилиндры заливается специальная чистящая смесь и через определенное время сливается. На данный момент существует большое количество других методов очистки, даже без разбора силового агрегата.

Частичная очистка маслосъемных колец в двигателе от нагара

Суть данного метода заключается в том, что в машинное масло добавляется специальная жидкость для очистки. На такой смеси, нужно проехать от 100 до 200 километров. При этом большая нагрузка на движок во время частичной очистки не допускается.

Минусом данного метода является то, что нагар счищается лишь с маслосъемных колец, именно поэтому очистка и называется частичной. Но, несмотря на это, данный метод достаточно прост и доступен. Чаще всего такую процедуру рекомендуют проводить перед заменой масла в профилактических целях.

Полная очистка силового агрегата

Для проведения полной раскоксовки придется приложить большие усилия и потратить куда больше времени. Но только после проведения этой операции нагар полностью уберется. Для начала необходимо прогреть автомобиль до оптимальной рабочей температуры.

Далее нужно выкрутить все свечи или убрать форсунки. После чего провернуть коленчатый вал при помощи отвертки, чтобы выставить все поршни в среднее положение. Это нужно для того, чтобы жидкость смогла просочиться во все щели, так как именно в среднем положении открываются все нужные зазоры – это избавит нас от лишнего расхода очистительной жидкости.

Для того чтобы залить специальную смесь, лучше всего использовать шприц. После введения смеси в блок цилиндров, ставим свечи на место, и выжидаем время, указанное в инструкции.

Зачастую ждать приходится не дольше суток. Но есть и уникальные раскоксовочные препараты, которые следует заливать на время, от нескольких дней до пары недель. При проведении быстрой очистки, по времени не превышающей пару часов, настоятельно рекомендуется периодически проворачивать коленчатый вал в обе стороны на 5–10 градусов. Это требуется для того, чтобы очистительная жидкость равномерно распределилась внутри цилиндра.

После того как пройдет время, написанное в инструкции, закрываем колодцы для свеч тряпкой или специальными пробками, чтобы не испачкать. Дальше необходимо прокручивать коленчатый вал до тех пор, пока чистящая жидкость полностью не удалится. Ставим свечи на свои места и заводим автомобиль. Первый час после очистки автомобиль должен проработать на холостом ходу.

Таким образом, от нагара на двигателе избавлялись еще в советском союзе. Но тогда, из-за отсутствия специальных чистящих средств, автолюбители смешивали керосин и ацетон, после этого масло полностью вымывалось с цилиндров, и первый запуск двигателя после раскоксовки приходилось делать на «сухую». Что часто приводило к быстрому износу поршневых колец и появлению задиров.

Присадки в топливо

Также стоит упомянуть еще один довольно популярный способ очистки колец в двигателе. В сравнении с двумя предыдущими, этот метод является самым простым, но и самым долгим. Все что вам понадобится, это специальное средство, которое заливается прямо в топливный бак, где и происходит его смешивание и последующее попадание в камеру сгорания.

Попав в цилиндры двигателя вместе с топливной смесью, очистительное средство внедряется в слой нагара и постепенно выгорает, выходя вместе с отработавшими газами. Плюсы этого метода весьма очевидны:

• Нет необходимости демонтировать двигатель для очистки, а также не нужно оставлять его в нерабочем состоянии на длительный срок.
• Повышенные обороты двигателя в этом случае пойдут ему на пользу и только ускорят процесс раскоксовки поршневых колец.
• Замену масла после очистки также проводить не нужно, так как средство при сравнении с предыдущим методом не попадает в масло.

Лечим болезнь залегания поршневых колец

Три наиболее распространенных варианта восстановления работоспособности поршней.

• Удаление нагара, кокса, остатков нефтепродуктов с помощью различного рода моющих жидкостей, растворителей и модификаторов нагара;
• выпаривание тяжелых фракций нефтепродуктов, гудрона и асфальтовых веществ с помощью раскаленного пара;
• выжигание, или «раскоксовывание» с помощью раскаленных продуктов сгорания.

Чаще других применяется так называемая мойка нагара – наиболее дорогой и эффективный вариант.

Для удаления из канавок поршня смолы и гудрона можно использовать небольшое количество моторного масла с добавкой жидкости для удаления нагара. Знатоки применяют смесь масла, бензола, этилового спирта и ацетона в равных частях. Состав готовится интенсивным перемешиванием дрелью непосредственно перед использованием. Хранить лекарство для «раскоксовывания» поршневых колец не рекомендуется из-за интенсивного поглощения влаги.

В свечные отверстия цилиндров наполовину остывшего двигателя шприцом заливается по 70-100 мл свежеприготовленной смеси. Заливать необходимо по возможности быстро, и сразу завернуть свечи обратно. Наконечники с проводами не одевать. Через 10-12 часов свечи аккуратно выворачиваются, на свечные отверстия укладывается ветошь. Несколько раз стартером прокручиваем коленвал

Моющий раствор интенсивно выбрасывается из свечных отверстий, поэтому необходимо предварительно убрать открытые источники огня и соблюдать осторожность. Попавший в моторное масло раствор легко испаряется из масляного картера после основательного прогрева двигателя

Смесь удаляет основную часть тяжелых остатков, приведших к залеганию, но для более полного «раскоксовывания» большинство мастеров рекомендуют провести испытательный пробег в 60-70 км на максимальных оборотах двигателя. Зимой подобную процедуру можно заменить обычной обкаткой в гараже. Подобный способ удаления нагара показал свою эффективность, но в некоторых случаях его применять нельзя.

Противопоказания к широкому использованию для лечения проблемы залегания является количество нагара на днище поршня. Если в течение многих лет использовалось топливо сомнительного качества и с большим содержанием грязи, на раскаленном днище поршня гарантировано образовался нагар из твердых минеральных остатков бензина и масла.

Третий способ ранее широко применялся на автомобилях, оборудованных газогенераторной установкой, в 50-60 г. прошлого века. Генераторный газ, часто загрязненный смолой, становился причиной залегания поршневых колец. Лечили болезнь достаточно просто — в течение часа в двигатель кроме газа подавался водяной пар. Симптомы, вызванные залеганием поршневых колец, пропадали на месяц-два.

В современных условиях генераторный газ заменяется пропан-бутаном, водяные пары получают в отдельном электрическом подогревателе. После прогрева двигателя газ и пар подают в работающий на холостых оборотах мотор, примерно в равных объемных частях, в течение 1-1,5 часов. По окончании выпаривания еще 10-15 минут мотор работает исключительно на бензине.

Видео как правильно раскоксовать поршневые кольца:

Поршневые кольца — кольца незамкнутого типа, которые устанавливаются в специальные канавки на поршне двигателя внутреннего сгорания и компенсируют зазор между поршнем и стенками цилиндра. Во время движения поршня в цилиндре именно поршневые кольца создают необходимое уплотнение, благодаря чему удается добиться герметизации камеры сгорания.

Поршневые кольца конструктивно имеют специальную прорезь-замок. По этой причине кольцо может немного разжиматься и сжиматься, то есть сохраняется подвижность. Такая подвижность обеспечивает постоянное и качественное прилегание кольца к стенке цилиндра. Благодаря такому решению поршневые кольца эффективно препятствуют попаданию отработавших газов в картер двигателя, а также моторного масла в камеру сгорания. В зависимости от прямого назначения поршневые кольца делятся на компрессионные и маслосъемные.

Читайте в этой статье

Проверка поршневых колец при ремонте двигателя после пробега автомобилем 60 000 — 80 000 км

Хотя срок службы поршневых колец составляет0 км пробега автомобиля, рекомендуется во всех случаях разборки двигателя при пробеге более 20 000 км заменять поршневые кольца. Это, с одной стороны, исключит необходимость повторной разборки двигателя после сравнительно небольшого пробега автомобиля, а с другой стороны, будет являться профилактикой для повышения общего срока службы двигателя.

Если зеркала цилиндров имеют незначительные износы и не требуют ремонта, то вместо прежних поршневых колец могут быть использованы ремонтные кольца нормального размера или увеличенные по диаметру на 0,25 мм. Выбор тех или иных колец определяется величиной зазора в замке, измеряемого у кольца, установленного в тот цилиндр, в котором оно будет работать. Поршневые кольца нормального размера допустимо использовать, если зазор в их замке не превышает 0,75 мм. В противном случае нужно воспользоваться кольцами, увеличенными на 0,25 мм, обеспечив зазоры в их замках не менее 0,4 мм. Для этого допускается припиловка стыков замка.

В случаях, когда зеркала цилиндров требуют ремонта, прежние поршневые кольца заменяют ремонтными кольцами, имеющими увеличенные внешние диаметры.

Таблица. Комплекты поршневых колец для ремонта (количество на один двигатель)

В таблице даны номера комплектов ремонтных поршневых колец (для запасных частей) как нормального, так и ремонтных размеров. При этом кольца нормального размера и увеличенные на 0,25 мм предназначены для работы в цилиндрах, зеркала которых не требуют ремонта. Соответственно кольца, увеличенные на 0,5; 1,0; 1,5 мм, предназначены для цилиндров, отремонтированных расшлифовкой или расточкой. Эти кольца устанавливают на увеличенные поршни одинаковых с кольцами ремонтных размеров.

Таблица. Ремонтные размеры цилиндров

Таблица. Основные параметры поршневых колец нормального и ремонтных размеров

Геометрические параметры поршневых колец даны в таблицах выше. Во всех случаях замены поршневых колец необходимо:

1. В две верхние канавки на днище поршня устанавливать компрессионные кольца, имеющие на внутренней цилиндрической поверхности проточку, обращенную в сторону днища поршня.
2. В третью канавку на днище поршня устанавливать компрессионное кольцо с проточкой (на наружной цилиндрической поверхности), обращенной в сторону юбки поршня.
3. Маслосъемное кольцо устанавливать в четвертую канавку на днище поршня.
4. После замены колец необходимо соблюдать правила обкатки двигателя.

Виды поршневых колец

Поршневые кольца бывают:

• Компрессионными
• Маслосъемными

Компрессионные кольца обеспечивают герметичность камеры сгорания. Обычно на поршень устанавливают не более 3 таких колец, так как при этом возрастают потери на трение, а степень уплотнения поршня увеличивается не намного. Различают верхнее и второе компрессионные кольца.

У верхнего достаточно много различных вариаций. Например, такое кольцо может иметь преднамеренное перекручивание, когда нижняя и верхняя поверхности детали имеют небольшой наклон в канавках (кроме краев рабочей поверхности, которые взаимодействуют с отверстием цилиндра). Такая конструкция позволяет ускорить приработку поверхностей колец и стенок цилиндра, а также обеспечить уплотнение самой детали в верхней и нижней части посадочной канавки.

Помимо плоских и перекрученных колец существуют изделия с L-образным участком. Их уплотнительная способность зависит от силы давления газов, которая действует на заднюю часть большого выступа, имеющего форму буквы L. При высоком давлении в рабочем цилиндре эти кольца увеличивают усилие, прикладываемое к стенкам, например, после сгорания топливно-воздушной смеси или в такте сжатия. Когда давление в цилиндре невысокое, кольцо ослабляется, тем самым снижая износ и трение.

Второе компрессионное кольцо обеспечивает дополнительное уплотнение после маслосъемного. Оно служит для того, чтобы газы, идущие мимо верхнего кольца, не попадали в картер. Нагрузки и температуры в зоне второго кольца ниже, поэтому его конструкция и материалы имеют меньшее значение. Еще одной функцией второго компрессионного кольца является предотвращение детонации и проникновения излишков моторного масла в камеру сгорания.

Некоторые из таких деталей имеют скошенную конструкцию. Вверх они двигаются по слою масла, а при движении вниз удаляют его излишки.

Существует новая конструкция второго компрессионного кольца – без зазора. Такие детали ускоряют приработку двигателя при обкатке, а также незначительно повышают мощность силового агрегата на стенде. Это достигается благодаря максимальному уменьшению видимого зазора для прохождения газов. Потребность в таких кольцах обусловлена работоспособностью остальных колец

Например, если верхнее компрессионное кольцо обеспечивает достаточную герметизацию, то важность второго беззазорного кольца уменьшается

Маслосъемные кольца снимают лишнее моторное масло, которое смазывает уплотнительные кольца, поршень и поверхность цилиндра. Они сконструированы таким образом, чтобы после их прохода на поверхностях оставалась небольшая масляная пленка толщиной в несколько микрон. В канавках маслосъемных колец предусмотрены прорези или радиальные отверстия, по которым излишки моторного масла возвращаются в поддон.

Выделяют 2 вида маслосъемных колец: составные с пружинами-расширителями и чугунные литые с прорезью. Составные включают два тонких кольца (верхнее и нижнее), а также осевой и радиальный расширители. Такие модели дешевле в производстве, поэтому их устанавливают чаще, чем литые чугунные. В некоторых случаях на поршне имеются два литых или составных кольца. Чугунные кольца для стабилизации прижима снабжаются специальным пружинным расширителем.