Поршневые кольца: виды, функции, типичные проблемы

Абсолютно все двигатели внутреннего сгорания работают за счет движения поршней, на которые действует тепловая энергия, а в конечном итоге получаем механическую. Поршневые кольца — жизненно важный элемент в цилиндропоршневой группе, от состояния которых зависит стабильная работа ДВС, расход топлива, сохранение уровня масла и т.д. Далее рассмотрим, для чего нужны поршневые кольца, разновидности и какие проблемы возникают с ними в процессе эксплуатации.

Что такое поршневые кольца

Поршневые кольца представляют собой детали, устанавливаемые на поршни, как правило используют два компрессионных и одно маслосъемное кольцо. Форма колец выполнены в форме окружности, а для монтажа на поршень используется разрез, который уменьшается при установке поршней в цилиндры. Если бы поршни двигателя не оснащались кольцами, то мотор попросту не работал по причине отсутствия компрессии, а также из-за наполнения цилиндра маслом и быстрым его угаром.

Главное назначение поршневых колец — обеспечить плотным нажатием на стенку цилиндра нормальное давление в цилиндре, а также не допускать угар масла, позволяя ему сливаться в поддон.Также кольца удерживают картерные газы, но только если нет износа цилиндро-поршневой группы.

Виды поршневых колец

На сегодняшний день существует два типа поршневых колец, устанавливаемых на поршень:

• компрессионное;
• маслосъемное.

 Сегодня поршневые кольца изготавливают из чугуна, а для надежности и продления срока службы добавляют молибден, обладающий противозадирным свойством. Чуть дольше выпускают хромированные кольца, они несколько дешевле, зато также обладают противозадирными свойствами, хотя большим сроком службы не отличаются. Рассмотрим подробнее каждое из колец.

Компрессионные кольца

Компрессионные кольца устанавливаются выше маслосъемного, в количестве от двух штук. Важно понимать, что это не просто металлическое кольцо, которое призвано уплотнить камеру сгорания, так как компрессионное кольцо участвует в теплоотдаче между поршнем и гильзой, а также поглощает колебания поршней из-за боковой тяги. 

Верхнее компрессионное кольцо может быть трех видов:

• c L-образным выступом в области замка;
• с плоским участком;
• перекрученным участком — оба конца кольца под наклоном, касаются лишь одним выступом друг с другом.

Изделия с L-образным выступом могут менять уплотнительную способность в зависимости от режима работы мотора: при повышении давления газов, на кольцо увеличивается усилие и оно плотнее “опоясывает” цилиндр, а при падении давления усилие снижается, и трение между цилиндров соответственно. Такой подход позволяет в нужный момент обеспечить необходимую компрессию, а в режиме впуска и выпуска снизить трение и повысить ресурс ЦПГ.

Второе компрессионное кольцо обычной формы, оно лишь дополняет верхнее тем, что дополнительно обеспечивает герметичность, защищает от детонации и не дает маслу попасть в цилиндр за счет обратной тяги.

Некоторые такие кольцо делают скошенными, чтобы лучше отводить масло со стенок гильзы, а у современных моторов и вовсе изготавливают кольца без зазора.

Маслосъемные кольца

Маслосъемное кольцо устанавливается ниже компрессионного. Суть работы кольца состоит в его названии — снимать излишки со стенок цилиндра. Как только кольцо проходит по поверхности, оно оставляет пленку, толщиной в несколько микрон, которая необходима для продления срока службы ЦПГ и поддержания температурного режима в допусках. Для снятия масла кольца выполнены в форме радиальных или осевых расширителей. Некоторые автопроизводители устанавливают два маслосъемных кольца.

Функции поршневых колец

Исходя из вышеописанного можно сделать следующие выводы:

• компрессионные свойства. Полная изоляция камеры сгорания, обеспечение необходимого давления внутри цилиндра, за счет чего достигается стабильный крутящий момент и оптимальный расход топлива;
• экономия моторного масла. Благодаря маслосъемному кольцу обеспечивается эффективная пленка на поверхности цилиндра, лишнее масло не сгорает а попадает через кольцо в картер;
• теплообмен. Поршневые кольца эффективно снимают тепло с поршня передавая его на цилиндры, которые остывают за счет внешнего контакта с охлаждающей жидкостью;

практическое отсутствие горизонтальных колебаний. За счет плотного прилегания колец поршень четко двигается вверх-вниз.

Из чего изготавливают поршневые кольца?

Сейчас используется в качестве материала высокопрочный чугун и нержавеющая сталь. Так как современные моторы стали меньше и мощнее, соответственно нагрузка на них возросла во много раз, есть потребность в применении инновационных материалов. Лидером среди материалов является молибден, отличающийся антифрикционными свойствами и увеличенным сроком службы. Кстати, подобным составом обрабатываются юбки поршней.

Типичные неисправности поршневых колец

В процессе работы двигателя внутреннего сгорания поршни и кольца постепенно изнашиваются, после чего приходят в негодность. Главная неисправность — увеличение зазора между кольцом и цилиндров, из-за чего возникают проблемы с запуском двигателя, увеличивается расход топлива, мощность резко снижается, в масляном картере образуется избыточное давление. 

Нередко водители сталкиваются с таким эффектом как залегание колец. Процесс объясняется тем, что из-за перегрева двигателя или масляного отложения, кольца теряют упругость, а значит теряются все свойства колец.

Несмотря на то, что в большинстве случаев, залегание колец можно исправить путем применения раскоксовки двигателя, для предотвращения такого процесса пользуйтесь следующими правилами:

• старайтесь как можно чаще пользоваться автомобилем, а также не пренебрегайте правилам прогрева двигателя;
• используйте только качественное моторное масло с допусками, согласно классификации для конкретного двигателя (особенно если это дизельный ДВС с сажевым фильтром и насос-форсунками);
• не допускайте перегрев двигателя, ведь последствия от этого слишком дорого обходятся, как минимум в замену масла и охлаждающей жидкости, а также замене прокладки ГБЦ со шлифовкой плоскости головки.

Не стоит забывать, что от качества колец также зависит не только ресурс, но и стойкость к критическим температурам и нагрузкам.

Последствия износа поршневых колец

Последствия износа поршневых колец часто схожи с другими неисправностями, поэтому следует произвести качественную диагностику в виде замера компрессии и проверки на утечку воздуха в цилиндре. 

Более подробно о последствиях:

• трудный запуск на “холодную”. Когда двигатель не прогрет, между поршнем и цилиндром образуется повышенный зазор и уменьшается он только за счет прогрева, соответственно расширения трущихся деталей. Начальный износ колец проявляет себя только на непрогретом моторе, после двигатель работает стабильно. Эффект вы можете наблюдать за счет сизого дыма на холостом ходу;
• повышенный расход топлива при сниженной мощности. Повышенный зазор означает потерю компрессионных свойств, а значит низкое давление — низкое КПД, для достижения которого требуется больше топлива;
• троение мотора. Низкая компрессия обязательно сопровождается троением, а это не только дискомфорт для водителя и пассажиров, но и ускоренный износ опор двигателя и других элементов навесного оборудования.

Проверить состояние колец можно подставив руку к выхлопной трубе или чистый лист, и если обнаружите масляное пятно —  с большей долей вероятностью проблема в кольцах.

Выбор и замена поршневых колец

Обратите внимание на то, что крайне не рекомендуется менять поршневые кольца отдельно от поршней по следующим факторам:

• в процессе эксплуатации цилиндр изнашивается неравномерно, и становится эллипсовидной формы;
• поршни также могут деформироваться, особенно если был перегрев. Канавки для поршневых колец могут увеличиваться, из-за чего невозможно установить новые кольца;
• блок цилиндров необходимо отдавать на проверку, где после будет понятно, в допусках ли цилиндр по эллипсу, необходимо ли нанести свежий хон или требуется расточка до ремонтного размера.

По каким критериям следует выбирать поршневые кольца? Если ваш бюджет не позволяет произвести капитальный ремонт по максимуму, то вы можете установить бюджетные поршни, но обязательно качественные кольца — совет опытных мотористов. Что касается факторов выбора:

• стоимость. Чем дешевле кольца — тем менее они качественны, и по другому здесь не бывает. Дешевые кольца делают из некачественного чугуна, который уже при монтаже может проявить себя в виде поломки кольца;
• производитель. Настоятельно рекомендую обращать внимание на таких производителей, как Mahle, Kolbenschmidt, это топовые по качеству фирмы. Если хотите сэкономить без резкой потери качества, то присмотрите такого производителя, как Goetze, Nural, NPR;
• внешний вид упаковки и самих колец. Особое внимание обратите на то, как упакованы кольца, какого качества упаковка, есть ли голограмма, инструкция к установке, и как выполнены сами кольца.

Как заменить поршневые кольца

Порядок замены колец ничем не отличается от процесса капитального ремонта. Важно понимать, что у современных авто способ “подкинуть кольца” ничем хорошим не закончится. Вам необходимо отдать блок цилиндров на дефектовку, и если так получилось, что кольца требуют замены на раннем пробеге, при этом поршни и гильзы в допуске — можно заменить кольца отдельно.

В других случаях необходимо произвести полноценный капитальный ремонт таким методом:

• разобрать двигатель, блок продефектовать, а головку блока цилиндров отдать на опрессовку;
• после получения данных о состоянии цилиндров приобрести поршневую группу в сборе или кольца отдельно;
• собрать двигатель и в зависимости от типа колец, определенное количество километров произвести обкатку ДВС.

Вопросы и ответы:

Какие бывают маслосъемные кольца? Они могут быть цельными или составными. Чугунные цельные встречаются сейчас реже. Составные состоят из2-х тонких колец с радиальным осевым расширителем.

Какие кольца есть на поршне? На поршень надеваются компрессионные, маслосъемные (тонкое верхнее и нижнее) кольца. Также на нем устанавливается осевой и радиальный расширитель колец (если используются составные кольца).

Для чего нужны компрессионные кольца? Они обеспечивают герметичное соединение поршня и стенок цилиндра. С его помощью удерживается ВТС в камере сгорания в сжатом состоянии. Обычно таких колец два.

Когда нужно менять кольца в двигателе? При износе колец в картер мотора прорываются газы из цилиндра. Мотор начинает расходовать много масла (сизый дым из выхлопной трубы), существенно снизилась мощность мотора.