Поршневі кільця: види, функції, типові проблеми

Абсолютно всі двигуни внутрішнього згоряння працюють за рахунок руху поршнів, на які діє теплова енергія, а зрештою отримуємо механічну. Поршневі кільця – життєво важливий елемент у циліндропоршневій групі, від стану яких залежить стабільна робота ДВЗ, витрата палива, збереження рівня олії тощо. Далі розглянемо, для чого потрібні поршневі кільця, різновиди та які проблеми виникають із ними в процесі експлуатації.

Що таке поршневі кільця

Поршневі кільця являють собою деталі, що встановлюються на поршні, як правило використовують два компресійних і одне маслос'емних кільце. Форма кілець виконані у формі кола, а для монтажу на поршень використовується розріз, який зменшується при установці поршнів в циліндри. Якби поршні двигуна не оснащувалися кільцями, то мотор просто не працював через відсутність компресії, а також з-за наповнення циліндра маслом і швидким його чадом.

Головне призначення поршневих кілець – забезпечити щільним натисканням на стінку циліндра нормальний тиск у циліндрі, а також не допускати чад олії, дозволяючи йому зливатися в піддон. Також кільця утримують картерні гази, але тільки якщо немає зношування циліндро-поршневої групи.

Види поршневих кілець

На сьогоднішній день існує два типи поршневих кілець, встановлюваних на поршень:

• компресійний;
• маслос'емноє.

 Сьогодні поршневі кільця виготовляють з чавуну, а для надійності і продовження терміну служби додають молібден, що володіє протизадирні властивості. Трохи довше випускають хромовані кільця, вони трохи дешевше, зате також мають протизадирні властивості, хоча великим терміном служби не відрізняються. Розглянемо докладніше кожне з кілець.

компресійні кільця

Компресійні кільця встановлюються вище маслос'емного, в кількості від двох штук. Важливо розуміти, що це не просто металеве кільце, яке покликане ущільнити камеру згоряння, так як компресійне кільце бере участь в тепловіддачі між поршнем і гільзою, а також поглинає коливання поршнів через бічний тяги. 

Верхнє компресійне кільце може бути трьох видів:

• c L-подібним виступом в області замка;
• з плоским ділянкою;
• перекрученою ділянкою – обидва кінці кільця під нахилом, стосуються лише одним виступом один з одним.

Вироби з L-подібним виступом можуть міняти прокладку здатність в залежності від режиму роботи мотора: при підвищенні тиску газів, на кільце збільшується зусилля і воно щільніше "опоясує" циліндр, а при падінні тиску зусилля знижується, і тертя між циліндрів відповідно. Такий підхід дозволяє в потрібний момент забезпечити необхідну компресію, а в режимі впуску та випуску знизити тертя і підвищити ресурс ЦПГ.

Друге компресійне кільце звичайної форми, воно лише доповнює верхнє тим, що додатково забезпечує герметичність, захищає від детонації і не дає маслу потрапити в циліндр за рахунок зворотної тяги.

Деякі такі кільце роблять скошеними, щоб краще відводити масло зі стінок гільзи, а у сучасних моторів і зовсім виготовляють кільця без зазору.

маслос'емниє кільця

Маслосъемное кільце встановлюється нижче компресійного. Суть роботи кільця полягає у його назві - знімати надлишки зі стінок циліндра. Як тільки кільце проходить поверхнею, воно залишає плівку, товщиною в кілька мікрон, яка необхідна для продовження терміну служби ЦПГ і підтримки температурного режиму в допусках. Для зняття олії кільця виконані у формі радіальних чи осьових розширювачів. Деякі автовиробники встановлюють два маслознімні кільця.

Функції поршневих кілець

Виходячи з вищенаведеного можна зробити наступні висновки:

• компресійні властивості. Повна ізоляція камери згоряння, забезпечення необхідного тиску всередині циліндра, за рахунок чого досягається стабільний крутний момент і оптимальний витрата палива;
• економія моторного масла. Завдяки Маслос'емниє кільцю забезпечується ефективна плівка на поверхні циліндра, зайве масло не згорає а потрапляє через кільце в картер;
• теплообмін. Поршневі кільця ефективно знімають тепло з поршня передаючи його на циліндри, які охолоджуються за рахунок зовнішнього контакту з охолоджувальною рідиною;

практична відсутність горизонтальних коливань. За рахунок щільного прилягання кілець поршень чітко рухається вгору-вниз.

З чого виготовляють поршневі кільця?

Зараз використовується в якості матеріалу високоміцний чавун і нержавіюча сталь. Так як сучасні мотори стали менше і могутніше, відповідно навантаження на них зросла в багато разів, є потреба в застосуванні інноваційних матеріалів. Лідером серед матеріалів є молібден, що відрізняється антифрикційними властивостями і збільшеним терміном служби. До речі, подібним складом обробляються спідниці поршнів.

Типові несправності поршневих кілець

У процесі роботи двигуна внутрішнього згоряння поршні і кільця поступово зношуються, після чого стають непридатними. Головна несправність – збільшення зазору між кільцем та циліндрів, через що виникають проблеми із запуском двигуна, збільшується витрата палива, потужність різко знижується, у масляному картері утворюється надлишковий тиск. 

Нерідко водії стикаються з таким ефектом як залягання кілець. Процес пояснюється тим, що через перегрів двигуна або масляного відкладення, кільця втрачають пружність, а значить втрачаються всі властивості кілець.

Незважаючи на те, що в більшості випадків, залягання кілець можна виправити шляхом застосування раскоксовкі двигуна, для запобігання такого процесу користуйтеся наступними правилами:

• намагайтеся якомога частіше користуватися автомобілем, а також не нехтуйте правилами прогріву двигуна;
• використовуйте тільки якісне моторне масло з допусками, згідно класифікації для конкретного двигуна (особливо якщо це дизельний ДВС з фільтром сажі і насос-форсунками);
• не допускайте перегрівання двигуна, адже наслідки від цього занадто дорого обходяться, як мінімум в заміну масла і охолоджуючої рідини, а також заміні прокладки ГБЦ із шліфуванням площини головки.

Не варто забувати, що від якості кілець також залежить не тільки ресурс, але і стійкість до критичних температур і навантажень.

Наслідки зносу поршневих кілець

Наслідки зносу поршневих кілець часто схожі з іншими несправностями, тому слід провести якісну діагностику у вигляді виміру компресії і перевірки на витік повітря в циліндрі. 

Більш докладно про наслідки:

• важкий запуск на "холодну". Коли двигун не прогрітий, між поршнем і циліндром утворюється підвищений зазор і зменшується він тільки за рахунок прогріву, відповідно розширення деталей, що труться. Початковий знос кілець проявляє себе тільки на непрогрітому моторі, після двигун працює стабільно. Ефект ви можете спостерігати за рахунок сизого диму на холостому ходу;
• підвищена витрата палива за зниженої потужності. Підвищений зазор означає втрату компресійних властивостей, отже низький тиск – низький ККД, задля досягнення якого потрібно більше палива;
• троение мотора. Низька компресія обов'язково супроводжується трійнят, а це не тільки дискомфорт для водія і пасажирів, а й прискорений знос опор двигуна і інших елементів навісного обладнання.

Перевірити стан кілець можна підставивши руку до вихлопної труби або чистий лист, і якщо виявите масляну пляму - з більшою ймовірністю проблема в кільцях.

Вибір і заміна поршневих кілець

Зверніть увагу на те, що вкрай не рекомендується міняти поршневі кільця окремо від поршнів за такими чинниками:

• в процесі експлуатації циліндр зношується нерівномірно, і стає еліпсовою форми;
• поршні також можуть деформуватися, особливо якщо був перегрів. Канавки для поршневих кілець можуть збільшуватися, через що неможливо встановити нові кільця;
• блок циліндрів необхідно віддавати на перевірку, де після буде зрозуміло, в допуски чи циліндр по еліпсу, чи потрібно нанести свіжий хон або потрібна розточування до ремонтного розміру.

За якими критеріями слід обирати поршневі кільця? Якщо ваш бюджет не дозволяє зробити капітальний ремонт максимум, то ви можете встановити бюджетні поршні, але обов'язково якісні кільця - порада досвідчених мотористів. Щодо факторів вибору:

• вартість. Чим дешевше кільця – тим менші вони якісні, і інакше тут не буває. Дешеві кільця роблять із неякісного чавуну, який вже при монтажі може проявити себе у вигляді поломки кільця;
• виробник. Настійно рекомендую звертати увагу на таких виробників, як Mahle, Kolbenschmidt, це топові за якістю фірми. Якщо хочете заощадити без різкої втрати якості, то подбайте такого виробника, як Goetze, Nural, NPR;
• зовнішній вигляд упаковки і самих кілець. Особливу увагу зверніть на те, як упаковані кільця, якої якості упаковка, чи є голограма, інструкція до установки, і як виконані самі кільця.

Як замінити поршневі кільця

Порядок заміни кілець нічим не відрізняється від процесу капітального ремонту. Важливо розуміти, що у сучасних авто спосіб "підкинути кільця" нічим добрим не закінчиться. Вам необхідно віддати блок циліндрів на дефектування, і якщо так вийшло, що кільця вимагають заміни на ранньому пробігу, при цьому поршні та гільзи в допуску можна замінити кільця окремо.

В інших випадках необхідно провести повноцінний капітальний ремонт таким методом:

• розібрати двигун, блок продефектовать, а головку блоку циліндрів віддати на опресовування;
• після отримання даних про стан циліндрів придбати поршневу групу в зборі або кільця окремо;
• зібрати двигун і в залежності від типу кілець, певну кількість кілометрів провести обкатку ДВС.

Питання та відповіді:

Які бувають маслознімні кільця? Вони можуть бути цільними чи складовими. Чавунні цілісні зустрічаються зараз рідше. Складові складаються з 2-х тонких кілець з радіальним осьовим розширювачем.

Які кільця є на поршні? На поршень надягають компресійні, маслознімні (тонке верхнє та нижнє) кільця. Також на ньому встановлюється осьовий та радіальний розширювач кілець (якщо використовуються складові кільця).

Навіщо потрібні компресійні кільця? Вони забезпечують герметичне з'єднання поршня та стінок циліндра. З його допомогою утримується ВТС у камері згоряння у стислому стані. Зазвичай таких кілець два.

Коли потрібно міняти кільця у двигуні? При зносі кілець у картер двигуна прориваються гази з циліндра. Мотор починає витрачати багато олії (сизий дим із вихлопної труби), суттєво знизилася потужність мотора.