Поршневые кольца уплотняют полость камеры сгорания, препятствуя проникновению продуктов сгорания в полость картера и масла в камеру сгорания, что необходимо для уменьшения расхода масла на угар. В соответствии с этим кольца делят на компрессионные (верхние) и маслосъемные (нижние). Для осуществления монтажа на поршень кольца делают разрезными с прямым или косым разрезом. Через кольца от поршня во втулку цилиндра отводится значительное количество теплоты.
Pис. 1 Комплект поршневых колец автомобильного двигателя
На рис. 1 представлен комплект поршневых колец автомобильного двигателя с принудительным зажиганием: два верхних кольца 1 и 2 являются компрессионными, а нижние 3 — маслосъемным. Дизели имеют большее число колец, поскольку давление газа в цилиндре у них выше. Компрессионные кольца работают в тяжелых условиях, определяемых высокой температурой, большими скоростями изменения давления газа и ускорениями при движении колец. При этом необходима длительная работоспособность кольцевого уплотнения. Уплотнение осуществляется благодаря прижатию кольца к стенке цилиндра силами упругости кольца и давления газов. В момент вспышки при положении поршня в ВМТ давление в канавке первого кольца близко к давлению р, в цилиндре, а в канавке второго кольца составляет лишь около 50 % этой величины (рис. 2). Давление р3 за последним кольцом существенно меньше, оно соизмеримо с давлением в картере двигателя. Ввиду значительного давления колец на стенки цилиндра большая часть работы трения в двигателе (до 50 % иногда до 60%) приходится на кольца, поэтому прижимать кольца чрезмерно большим усилием нельзя. Температура поршня в зоне расположения колец не должна превышать 200...220 °С по условиям сохранения технических своиств масла.
Рис. 2. Схема уплотнительного действия компрессионных колец
По конструкции компрессионные кольца различаютсн формои понеречного сечения Ь; геометрией их рабочей поверхности. На рис. 3, а представлены некоторые из применяемых в настоящее время типов компрессионных колец. С повышением уровня форсирования хорошо зарекомендовали себя трапециевидные кольца 2, которые менее склонны к закоксовыванию по сравнению с прямоугольными кольцами 1. Для повышения износостойкости рабочую поверхность кольца покрывают слоем хрома, поверх которого иногда наносят дополнительный тонкий слой молибдена — износостойкое покрытие.
Маслосъемные кольца служат для удаления лишнего смазочного материала с рабочей поверхности втулки цилиндра и препятствуют, таким образом, попаданию масла в камеру сгорания. Для нормальной работы сопряжения кольцо—— цилиндр достаточная толщина слоя смазочного материала составляет сотые доли миллиметра. Избыток масла выжимается в камеру сгорания, что приводит к нагарообразованию‚ закоксовыванию верхНих поршневых колец и перерасходу масла. Существует несколько объяснений путей проникновения масла в камеру сгорания. Одно из них связывает процесс переноса масла по стенкам поршня и цилиндра с насосным эффектом, создаваемым компрессионными кольцами и заключающимся в выдавливании масла через радиальный зазор между цилиндром и перемычками кольцевых канавок при перемещении колец в канавках. Маслосъемные кольца (рис. 3, б) выполняют скребковыми 4, коробчатого типа 5 И 7, а также составными 6 (из нескольких элементов). Для отвода снятого с цидиндра масла в стенке поршня просверливают радиальные (иногда наклонные)й отверстия.
Рис. 3. Типы поршневых колец: а — компрессионные; б ; маслосъемные; 1 — прямоугольное; 2 - трапециевидное; 3 ; с износостойким покрытием, 4 — скребковое; 5 и 7 — коробчатого типа; 6 — составное
Основным материалом для изготовления колец служит серый перлитный чугун с легирующими добавками. Верхние кольца форсированных двигателей иногда делают стальными. В тронковом кривошипно-шатунном механизме поршень соединен с верхней поршневой головкой шатуна с помощью пальца, расположенного в расточках бобышек поршня. Палец воспринимает переменные по величине механические нагрузки от сил давления газа на поршень и инерционных сил. Вследствие трения палец подвержен износу, что обусловливает необходимость тщательной обработки его наружной поверхности и придания поверхностному слою металла высокой твердости путем термообработки. Пальцы выполняют из стали.
Рис. 4. Поршневые пальцы плавающего типа
В настоящее время наибольшее распространение получили конструкции с плавающим'пальцем; при этом возможно свободное проворачивание последнего как в головке шаъуна, так и в бобышках поршня, что способствует более равномерному износу пальца. От осевого перемещения палец фиксируется пружинными стопорными кольцами 1 (рис. 4, а и б) или специальными ограничителями 2 из мягкого металла —— грибками (рис. 4, в). Применяется и фиксирование пальца в головке шатуна или в бобышках поршня. Последнее используется в конструкциях поршня с подводом масла на охлаждение головки поршня через полость поршневого пальца.
В настоящее время наибольшее распространение получили конструкции с плавающим'пальцем; при этом возможно свободное проворачивание последнего как в головке шаъуна, так и в бобышках поршня, что способствует более равномерному износу пальца. От осевого перемещения палец фиксируется пружинными стопорными кольцами 1 (рис. 4, а и б) или специальными ограничителями 2 из мягкого металла —— грибками (рис. 4, в). Применяется и фиксирование пальца в головке шатуна или в бобышках поршня. Последнее используется в конструкциях поршня с подводом масла на охлаждение головки поршня через полость поршневого пальца.
