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:
- между стенкой цилиндра и движущимся поршнем надо выдержать зазор, позволяющий полностью использовать величину возникающего избыточного давления в камере сгорания;
- при этом необходимо обеспечить их минимальный контакт для снижения износа деталей;
- масло, используемое для смазки, должно создавать нормальные условия работы отдельных деталей, и в то же время надо исключить его попадание в камеру сгорания;
- 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.
Отметим, что к поршневым деталям создаются очень большие требования по качеству. Это происходит потому что на них воздействуют инертные силы, силы действия газов и высокие температуры. Конструкция полного комплекта, его габариты и требуемые размеры, соответствие с выбранным материалом, точная реализация производственных технологий – все это необходимо для долговременной службы. Но здесь мы не учли зазор в поршневых кольцах. Рассмотрим, что же он собой представляет.
Для чего нужен зазор?
Что такое тепловой зазор? Каждая деталь двигателя автомобиля, которая подвергается воздействию высоких температур, обладает таким свойством как расширение. Многие это знают еще со школы. Так вот, при расширении детали изменяются ее параметры. Таким образом, изменение размеров детали может привести к ухудшению работы других элементов механизма, находящихся плотно друг к другу, или же к их повреждению.
В случае, когда из-за теплового расширения исчезает тепловое пространство, стыковые части прижимаются друг к другу, что чревато неприятными последствиями как для самых колец, так и для работы поршня.
Тепловой зазор в замке поршневых колец – очень важная конструктивная способность, обеспечивающая нормальную работу поршневых кругов. Главным условием для нормального функционирования, есть возможность его свободного вращения в канавке. Когда оно застрянет в канаве, оно не сможет обеспечить уплотнение, а так же отвод тепла.
Каким он должен быть?
Поршень имеет два вида колец: компрессионные (не пропускают сгоревшие газы) и маслосъемные (снимают излишки масла со стенок цилиндра). По своей конструкции они не сплошные, а имеют разрез, который позволяет ободу не заклинивать при нагреве. Также разрез способствует упругому прижатию к стенкам цилиндра. Очень важную роль в работе колец и цилиндра имеет наличие теплового пространства в замках. Допустимый его диапазон от 0.3 до 0.6 миллиметров. Не соблюдение диапазона может привести к отсутствию и большим повреждениям в цилиндре.
Гораздо лучше цениться косой срез. Так как давление на стенки происходит равномернее за счет то, что его края немного тоньше.
Полезно знать о промежутках в замках. Иногда механики пытаются сделать тепловое пространство в замках минимальным до 0.2 миллиметров. Это не редко приводит к тому, что появляются задиры колец и цилиндров. И это естественно, так как при нагревании детали пространство в замке становится меньше (или полностью отсутствует) и оно врезается в стенки цилиндра.
Самый простой замок с прямым разрезом имеет один недостаток – его концы имеют высокое давление на цилиндр, точнее на его стенки. Это приводит, прежде всего, к утечке масла и к преждевременному износу стенок.
Для того, чтобы подытожить вышесказанное, перечислим, какие же характеристики должны быть у поршневых колец и каков должен быть тепловой зазор поршневых колец:
- Регуляция температуры. Это одна из важнейших функций, поскольку большая масса тепла, которое поглощается поршнем в период сгорания, будет отводиться. Если такого отвода тепла не будет – поршень расплавится за считанные секунды.
- Давление. Основная функция состоит в том, чтобы уплотнять. И полная реализация этой характеристики возможна только при соответственном давлении. Когда давление появляется, оно влияет на поршневые круги, а они в свою очередь прижимается к стенкам цилиндра. Чтобы прижатие было равномерным – необходимо равномерное распределение и правильный зазор в поршневых кольцах.
- Надежность и подача масла – маслосъемные. У них есть две маслосъемных перемычки, которые отвечают за необходимое количество подачи масла в размере 1-2 мкм. Если масло подается правильно – тогда расход его не большой, так же как и расход горючего. При этом будет максимально соблюдаться правило износа и срок службы будет увеличиваться.
В итоге, хотелось бы пожелать каждому автомобилисту и водителю, независимо от того, у него дизель или бензин, проверять самостоятельно или обращаться к специалистам в таком вопросе. Особенно, если речь идет об автомобилях с большим пробегом и больше 5 лет постоянной езды.
Видео “Проверка зазора в замке поршневого кольца”
Посмотрев запись, вы узнаете, по какому принципу подбираются поршневые кольца.
“>
