Тепловой зазор поршневых колец

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:

Герметизация поршневого пространства, с сохранением давления верхними компрессионными кольцами.
Отвод тепла от стенок гильзы.
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.

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:

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.

Несмотря на различие в конструкции и назначении, у них есть одно общее – замок. Фактически так называется имеющийся промежуток между концами незамкнутой окружности. Говоря о замке, стоит помнить, что одно из его назначений – компенсировать тепловые расширения, возникающие в кольцах во время их работы.

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.

Маслосъемные кольца ставятся ниже компрессионных. Их назначение – удалять со стенки цилиндра излишки масла. Его недостаток приведет к повышенному износу деталей, а избыток – к попаданию в камеру сгорания и образованию там нагара. Как работает такое кольцо, показано ниже.

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.
» alt=»»>

Лада 2111 «1.6 атмосферный» › Бортжурнал › Как по другому подогнать зазор в поршневых кольцах! Ноу Хау, от которого компрессия намного выше, чем в стоке! И кольца такие не убиваемые в плоть до капитального ремонта двигателя…

Переношу данную статью в борт журнал, по началу написал не там где надо, просто потому что не разобрался в первые дни находясь на драйве что есть блог, и есть борт журнал)) Старое место было тут.

P.s.
По многочисленным просьбам продолжение и более подробное описание будет во второй части, которая будет со дня на день, прошу прощения что с ней я так долго задержался …)

Приветствую всех!

Все кто хоть раз перебирал двигатель или пытался это сделать своими руками, наверняка меняли поршневые кольца или «маслосъёмные» колпачки и т.д. Для самых пытливых испытателей, а возможно и естествоиспытателей, возникал вопрос о «цельных» поршневых кольцах) Почему производители упустили этот вопрос, почему им наплевать на нас, на обычных людей, как мы будем мучиться с такой «техникой» не продуманной?!
В книге по ремонту автомобиля есть минимально и максимально допустимые расчёты о зазоре в стыке поршневых колец, что бы при расширение от температуры эти стыки не встретились, и наши кольца не начали «драть» цилиндр, пока просто не заклинят или в лучшем случае не оставят риски, которые опять же будут дефорсировать компрессию. Например наши, для десятого семейства автомобилей ВАЗ, эти зазоры таковы: 0,25-0,45 предельно допустимый 1мм. Честно говоря это огромные размеры, особенно 1мм.))) У нас многие любители и даже профессионалы мотористы этим грешны, что просто забивают на зазор. Просто например проточили блок допустим на заводе на 84.0, то есть под нулевой ремонт, и вставляют такие же кольца второго ремонта и ставят их туда, хорошо если проверят, хотя бы зазор в допуске?! Но! Зазор может быть и в допуске, НО цилиндры протачивают не прям в идеале одинаково каждый, ведь многие встречали в своих цилиндрах поршня разных групп, кольца поршневые на производстве вам тоже одинаково не сделают, так что зазор в каждом цилиндре может ЛЕГКО гулять! То есть в одном цилиндре допустим 0,25, в другом 0.35 и т.д. От этого разная компрессия становится во всех цилиндрах, один цилиндр вкалывает, другой в пол силы работает, и двигатель работает не устойчиво, от этого и износ поршневой разный, почему когда мы проверяем компрессию, в двух цилиндрах может быть 12 кПа, а в двух других 10 кПа например! А иногда разница куда больше! Мне ещё отец говорил, когда я только начинал вникать в технику, что кольца надо всегда покупать на ремонт больше, что бы подогнать их идеально для каждого цилиндра одинаково.
Я опытным путём начал экспериментировать ещё когда ездил на мотоциклах, причём «Урал», которому первому досталось в этих испытаниях, но и по сей день он работает на этих кольцах, прошёл он на них 170 тыс., компрессию показывает 12 кПа, а ведь по паспорту должно быть 8,5 кПа, и заводится как новый, с пол оборота в любую погоду!=) Другой бы мотоцикл уже умер, а кольца ему эти не дадут так легко уйти на покой)))
Естественно испытания коснулись и моего четырёх колёсного друга 2111, когда я менял поршня с более глубокими циковками, чтобы не гнуло клапана при обрыве ремня ГРМ, доработок было куча с двигателем, но мы коснёмся в этой теме именно поршневых колец, потому что они огромную роль играют в «здоровье» и продолжительности работы двигателя! Это так сказать источник всей работы в целом ДВС!
Поменял я кольца поршневые на своей 2111 по своей технологии и проверил компрессию на 200 км. пробега, компрессия показала в каждом цилиндре 14 кПа, решил в следующий раз проверить после полной обкатки, когда проеду 1.500 км., и ожидается прибавка на 0.5 кПа, то есть должно быть 14.5 кПа+) То есть с такими кольцами компрессия только увеличивается, и ходит двигатель в разы больше, если не сказать, что всё развалится, вкладыши не будут уже держать давление масла, а кольца будут верой и правдой работать до капитального ремонта!

И так! Вот схема, как подогнать кольца:

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:

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.
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.
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 должен быть зазор на поршневых кольцах? Детальный разбор

Приемы и техника

Какой должен быть зазор на поршневых кольцах? Мы рассмотрим различные особенности, специфику темы, а также ознакомимся с основными приемами и техниками, для ремонта этой детали.

Во-первых, самым первым шагом будет факт, который связан с осмотром поршней. Необходимо проверить и тщательно осмотреть поршень на наличие на поверхности трещин или мелких механических повреждений. Если вы заметили даже небольшой дефект, то следует немедленно заменить поршень на новый. Чтобы избежать неприятной ситуации, или более крупной поломки.

Во-вторых, если у вас разобран двигатель, то следует также уделить внимание и поршням. К таким профилактическим мероприятиям можно отнести очистку головки поршня от имеющегося нагара, очистка и обработка канавок которые находятся под поршневыми кольцами.

В-третьих, после того как поршень был очищен, следует обязательно осмотреть зазоры между канавками и кольцами. В решении данной проблемы как никогда лучше подойдет таблица, в которой будут указаны номинальные зазоры поршневых колец.

Параметры верхнего компрессионного кольца должны быть 1-0.04-0,075 мм;
Компрессионное кольцо, которое находится внизу, должна быть размером 2-0,03-0,065 мм;
Маслосъемное кольцо с зазором в 3-0,02-0,055 мм.

Помните, что для каждого зазора характерны свои параметры и расстояние, самое главное — не перепутать их. Допустимый зазор должен быть равен 0,15 мм. В том случае, если на глаз трудно точно определить расстояние между зазорами поршней, то можно воспользоваться специальным прибором — микрометром.

Прибор для измерения зазоров

Как правильно использовать микрометр, чтобы определить размер зазора на поршневых кольцах? Надо померить диаметр поршня сразу в нескольких местах по его окружности. Затем измерить ширину канавок, используя при этом специальные щупы.

После измерений следует вычислить средний показатель значения зазоров. Если показатели отличаются друг от друга, то следует заменить поршень, если показатели одинаковые, то все в порядке.

В-четвертых, измерение зазоров в замках поршневых колец. Выполнять данное измерение можно как с помощью специальной оправы, так и при наличии простого предмета цилиндрической формы. Показатели и параметры зазора следует измерять с помощью специального щупа. Параметры зазора пригодного для эксплуатации имеют следующие пропорции – 0,25-0,45 мм

При этом может допускаться погрешность равна 1,0 мм, которая может возникнуть в результате износа детали. В том случае, если размер зазора выше нормы, то поршень необходимо поменять. Если измеренный зазор меньше указанных параметров (0,25 мм), то все, что нужно это просто подточить торцы до нужного размера.

По-пятое, измерение зазора между поршнями и цилиндрами. Данное измерение основано на установлении соответствия между уже измеренными диаметрами поршня и цилиндра. Здесь стандартные показатели составляют от 0,025 до 0,045 мм, при возможном износе 0,15 мм.

В случае, если зазор между цилиндрами и поршнем больше нормы — 0,15 мм, следует расточить цилиндр под нужный размер. Если же, наоборот, не больше основного стандарта, то следует подобрать поршень из класса, где расстояние близко к номинальному.

Мы рассмотрели вопрос: Какой должен быть зазор на поршневых кольцах? Помните, правильное знание показателей и параметров зазоров между поршневыми кольцами, а также особенностей измерения всех деталей поршня – это залог надежного и безопасного эксплуатирования вашего авто.

Тепловой зазор поршневых колец

Какой тепловой зазор у поршневых колец является нормой?