Поршневые кольца — это незамкнутые кольца, которые плотно посажены в канавках на внешних поверхностях поршней в поршневых двигателях, таких как двигатели внутреннего сгорания или паровые двигатели.

Функции поршневых колец

Поршневые кольца выполняют три главные функции:

1. уплотнение (герметизацию) камеры сгорания (или камеры расширения).
2. Улучшение теплопередачи через стенку цилиндра.
3. Регулирование расхода смазки.[1]^[1]

Разрыв между концами поршневого кольца сжимается до нескольких тысячных долей сантиметра, когда поршень установлен в цилиндре.

Автотранспорт

Большинство автомобильных поршней имеют по три кольца:

• основной функцией верхних двух (помимо регулирования смазки) является герметизация камеры сгорания (уплотнительные кольца);
• нижнее кольцо (регулирующее кольцо) предназначено для регулирования введения масла, которое смазывает поверхность поршня и уплотнительные кольца.

По крайней мере два поршневых кольца требуется для поршней, установленных в цилиндрах. Обычно поперечное сечение уплотнительного поршневого кольца имеет прямоугольную форму. Край кольца имеет либо цилиндрические профиль (верхнее уплотнительное кольцо), либо сужающуюся по натуральному логарифму форму (второе уплотнительное кольцо). Поршень должен иметь хорошо подогнанную, но свободную посадку в цилиндре. Если поршень будет иметь слишком плотную посадку, то тепловое расширение вследствие нагревания может привести к заклиниванию поршня в цилиндре. В свою очередь, заклинивание может привести к серьёзным повреждениям двигателя. С другой стороны, если зазор между поршнем и стенками цилиндра слишком велик, значительная часть газов после сжигания будет под давлением просачиваться через этот зазор наружу в картер. Это приводит к снижению силы давления поршня на коленчатый вал и к снижению мощности. В то же время, поршневые кольца, благодаря наличию разрыва (кольцо не замкнуто), могут в небольших пределах изменять свой диаметр, что позволяет избежать заклинивания. Этого небольшого изменения диаметра достаточно, чтобы компенсировать температурное расширение и сжатие.

Износ вследствие нагрузок в цилиндре

Поршневые кольца подвергаются износу, когда они движутся вверх и вниз в цилиндре. Износ происходит как вследствие взаимодействия с механическими деталями (стенками цилиндра и поршневыми канальцами), так и вследствие воздействия на них газов. Для минимизации степени износа их изготовляют из износостойких материалов, таких как чугун и сталь, и они имеют специальное покрытие, повышающее износостойкость. Обычно верхнее кольцо и кольцо, регулирующее подачу смазки, покрываются хромом.^[2] или нитридами ^[3], в частности, с помощью плазменного напыления^[4] или имеют керамическое покрытие, созданное с помощью PVD-процесса^[5]. Для улучшения параметров трения и ещё большего улучшения износостойкости, многие современные дизельные двигатели имеют верхнее поршневое кольцо, покрытое модифицированным хромом с помощью процесса, известного как CKS^[2] или GDC^[2], который имеет включения из частиц алмазов или оксида алюминия. Нижнее, регулирующее подачу смазки, кольцо сконструировано таким образом, чтобы оно оставляло масляную плёнку толщиной несколько микрометров на поверхности стенок цилиндра, по мере того как поршень опускается. Три отдельных смазочных кольца (два крайних и одно разделительное) используются в четырёхтактных бензиновых двигателях.

Подгонка новых поршневых колец

Примечания