4. Поршневые кольца. Назначение, требования, классификация. Формы уплотнительных колец. Материалы поршневых колец. Влияние выбора материала на конструкцию кольца и поршневой группы.

Поршневые кольца предназначены для предотвращения прорыва газов между поршнем и стенкой цилиндра, а также для удаления лишнего масла со стенок цилиндра, препятствуя проникновению его в камеру сгорания. Кроме того, поршневые кольца отводят тепло от головки поршня к стенкам цилиндра.

По назначению подразделяются на:

- компрессионные

- маслосъемные

Около 50% механических потерь осуществляется через кольца.

Верхнее поршневое кольцо нагревается до 350-400 º, через него отводится самое большое количество тепла, оно работает в условиях плохой смазки.

Маслосъемные кольца: устанавливаются на поршне за компрессионными.

Они делятся на:

- однокромочные - двухкромочные - составные кольца

Однокромочные: «+» кромка, соскабливающая масло со стенок цилиндра, излишки масла через отверстия уйдут на смазку поршневого пальца.

Двухкромочные: «+» также содержит канал для удаления избытка масла.

Составные кольца: «+» при деформации ведут себя более гибко, сохраняют уплотняющие функции при перекосах.

Требования к поршневым кольцам:

1. плотное прилегание к поверхности цилиндра и опорным поверхностям канавок поршня (геом. услов.).

2. небольшое начальное давление (0,5-20 кг/см²) на стенку цилиндра (силовые условия).

- площадь контакта уменьшается, давление на стенку цилиндра увеличивается.

- «скребковый вид»

- «минутные кольца» быстрей прирабатываются

скручивающиеся кольца. деформации косого изгиба

• они во время работы скручиваются, больше ресурс, хуже уплотняющие свойства

- трапециевидные кольца, удаляет излишки масла со стенок цилиндра; зазор постоянно меняется по величине.

Уплотняющее действие поршневых колец

Уплотняющие действия достигаются:

1. прижатием колец к поверхности цилиндра.

2. в результате образования системы поршневых каналов и зазоров сложного лабиринта.

При сжатии поршневого кольца:

- за счет собственной силы упругости колец (0,5 - 30) кг/см²

- за счет давления газов проникающих через зазоры в канавку (30 - 40) кг/см²

Материалы поршневых колец: чугун, сталь.

Требования:

1. Механическая прочность при высоких температурах.

2. Износостойкость.

3. Низкий коэффициент трения при высоких температурах.

Чугун: серый (Ч), высокопрочный (ВЧ)

СЧ18-36; СЧ24-44…

Покрытие стальных колец:

-покрытие молибденом (очень дорого), азотирование (большая вредность), титановое покрытие + азотирование = нитрид титана (высокая твердость).

Сталь: Х12М; 65Г

5. Насосное действие уплотнительных колец. Мероприятия по предотвращению насосного эффекта. Уплотняющее действие поршневых колец. Замки поршневых колец. Назначение зазора в замке.

Насосные действия уплотнительных колец.

К омпрессионные кольца не препятствуют попаданию масла в камеру сгорания и при сгорании выделять вредные вещества.

а) поршень движется от ВМТ к НМТ, кольца за счет силы инерции прижаты к верхним поверхностям каналов(происходит впуск). Масло соскабливается нижним кольцом со стенки цилиндра. За счет гидравлического подпора давление масла 

б) поршень дошел до НМТ и пошел вверх. Направление сил инерции изменилось и изменилось положение колец. Масло вытеснилось в область меньшего давления

в) поршень пришел в ВМТ и пошел вниз.

Т.о. масло постепенно попадает в камеру сгорания. Для предупреждения этого устанавливаются маслосъемные кольца.

Замки поршневых колец.

Зазоры в замке выбираются следующим образом: ∆ = ∆` + ∆``

∆`` - гарантированный зазор; ∆`` = 0,1-0,2 мм он нужен для гарантированной работы кольца, в противном случае оно ломается. При нагреве до опр. Тº, внешняя окружность кольца удлиняется на πD·α_К·∆t_К

α_К – коэффициент линейного расширения, диаметр цилиндра при этом увеличивается на πD·α_Ц·∆t_Ц , при этом зазор в замке уменьшается на

∆` = πD·( α_К·∆t_К - α_Ц·∆t_Ц)

∆ - холодный зазор; ∆` - горячий зазор.

Э ффективным средством увеличения сил, прижимающих кольцо к цилиндру - применение расширителя.

Расширитель: они увеличивают срок службы поршневых

колец. Их ставят под последние или 2-3 кольца, маслосъемные

кольца.