Поршневые кольца в автомобиле: для чего нужны и как заменить

О чем речь? Поршневые кольца — важные компоненты цилиндро-поршневой группы двигателя. Эти детали устанавливаются с небольшим зазором в специально созданные канавки на внешней части поршней. Основная задача поршневых колец — обеспечение необходимого радиального давления для создания уплотнения.

На что обратить внимание? Существует два основных типа поршневых колец. Компрессионные предотвращают утечку газов из камеры сгорания в картер двигателя. Маслосъемные кольца не допускают попадания масла из картера, а также снимают избыточное его количество со стенок цилиндра. И те и другие нуждаются в периодической замене.

Что такое поршневые кольца двигателя

Поршневые кольца — это открытые кольца, которые устанавливаются с минимальным зазором (до нескольких сотых миллиметра) в канавки на наружной поверхности поршней двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

В зависимости от назначения поршневые кольца бывают компрессионными и маслосъемными.

Компрессионные кольца препятствуют утечке газов из камеры сгорания в картер. Наружный диаметр кольца в свободном состоянии больше внутреннего диаметра цилиндра, что объясняет наличие выреза в одной из частей кольца.

Маслосъемные кольца устанавливаются под компрессионными и в отличие от них имеют сквозные прорези. Они предотвращают попадание масла из картера в камеру сгорания, удаляя его излишки со стенок цилиндра.

Особенности строения верхних компрессионных колец

Есть множество конфигураций верхних компрессионных колец. При этом различия между ними могут быть едва заметными. Например, кольцо может иметь небольшой изгиб, в результате чего верхняя и нижняя поверхности не лежат в канавке плоско, а лишь слегка наклонены, и только один край передней (рабочей) поверхности контактирует с цилиндром.

Кольца предназначены для ускорения приработки поверхностей поршневых колец и стенок цилиндра, а также для облегчения уплотнения кольца в верхней и нижней частях канавки. Угол скручивания кольца минимален и обычно достигается способом снятия фаски с внутренней кромки кольца.

Еще одним важным типом компрессионного кольца является L-образное поршневое кольцо. Его уплотнительная способность зависит от давления газа, действующего на тыльную сторону выступа в форме буквы «L».

Такие кольца создают дополнительное усилие на стенки цилиндра при высоком давлении, например при сжатии и после сгорания рабочей смеси. При низком давлении в цилиндре кольцо ослабевает; это снижает износ и трение.

Характеристики второго компрессионного и маслосъемного колец

Важнейшая функция второго компрессионного кольца — обеспечить дополнительное уплотнение после верхнего маслосъемного кольца. В связи с этим оно в основном «наблюдает» за газами, проходящими мимо верхнего кольца, при этом температура и давление отличаются от значений для верхнего компрессионного кольца. Поэтому требования к материалам и конструкции второго кольца менее строгие.

Тем не менее второе кольцо выполняет значимую дополнительную функцию: оно поддерживает маслосъемное кольцо, действуя при этом как «скребок», и препятствует попаданию излишков масла в камеру сгорания, тем самым предотвращая детонацию.

Некоторые вторые компрессионные кольца разработаны скошенными для поддержки работы маслосъемного кольца с минимальным скосом у верхнего края. В этом случае кольцо скользит по маслу при движении вверх в цилиндре и помогает удалять его при движении вниз.

Если возникает проблема с удалением масла, такой тип кольца эффективно решает задачу. Однако в большинстве случаев достаточно второго кольца с плоской поверхностью в сочетании с маслосъемным кольцом «нормального» усилия.

Второе компрессионное кольцо, не имеющее зазора, — это инновационная разработка. Хотя понятие «без зазора» не совсем корректно, так как произвести кольцо полностью без него нереально — это сделает его установку на поршень невозможной, а кроме того, не получится его отрегулировать.

Однако такое кольцо может иметь незначительный зазор для проходящих мимо него газов. Использование этих колец способствует более быстрой обкатке двигателя и обеспечивает некоторое увеличение мощности при испытаниях на стенде.

Необходимость в беззазорных кольцах во многом зависит от эффективности остальных колец. В случае, если у верхнего компрессионного кольца надежное уплотнение, то важность второго беззазорного кольца снижается. Тем не менее в реальных условиях второе беззазорное компрессионное кольцо может быть эффективным для увеличения мощности на коленчатом валу.

Читайте также!

Трещины в блоке цилиндров двигателя: причины и последствия, диагностика и ремонт

Подробнее

Маслосъемные поршневые кольца крайне важны для работы двигателя, особенно если применяется низкооктановое топливо. Остатки моторного масла в камере сгорания могут снизить октановое число, что способствует детонации. Кроме того, масло загрязняет камеры сгорания и головки поршней, что приводит к снижению мощности двигателя.

Материалы поршневых колец

Ковкий чугун стал одним из первых эффективных материалов для поршневых колец. Он хорошо совместим с чугунными блоками цилиндров, а его пористая структура способствует удержанию масла, и это снижает износ.

Также активно применяется пластичный чугун. Он сохраняет большинство свойств чугуна и обладает способностью к упругой деформации, что упрощает установку колец.

Поршневые кольца из нержавеющей стали — более усовершенствованная версия хромированных чугунных колец. Такая сталь содержит много хрома, что придает ей характеристики, схожие с хромированными кольцами. Кроме того, нержавейка более термостойкая, чем хромированный чугун.

Для увеличения срока службы поршневых колец и ускорения их приработки были изготовлены молибденовые кольца. Обычно это чугунные кольца с молибденовым покрытием. Этот износостойкий материал обладает многими свойствами хрома, а в некоторых случаях даже превосходит его.

Со временем молибденовые кольца стали едва ли не главными в двигателях благодаря своей долговечности и надежности.

Основные функции поршневых колец

Подводя итог, можно выделить такие свойства поршневых колец:

• Компрессия. Кольца изолируют камеру сгорания от картера. Тем самым предотвращается утечка газа между поршнем и цилиндром, а это в свою очередь повышает эффективность сжатия.
• Экономичный расход моторного масла. Это происходит за счет использования маслосъемных колец, которые удаляют излишки смазки из цилиндров и возвращают ее в картер.
• Теплообмен. Кольца способствуют передаче тепла от поршня к стенкам цилиндра. При воспламенении топливовоздушной смеси в камере сгорания температура может достигать +300 °C. Без адекватного отвода тепла увеличивается вероятность выхода из строя двигателя.
• Снижение горизонтальных колебаний поршня. Плотно установленные кольца удерживают его в горизонтальном положении, не давая ему смещаться. Это способствует снижению износа цилиндро-поршневой группы двигателя.

Причины неисправностей поршневых колец

Следует иметь в виду, что как компрессионные, так и маслосъемные поршневые кольца являются расходными деталями. После определенного срока эксплуатации они требуют замены.

Во время использования происходит их трение о поверхность цилиндра. Также они подвергаются высоким температурам и химическим воздействиям, к примеру серы, что свойственно в первую очередь дизельным двигателям.

Основной причиной неисправностей поршневых колец является потеря эластичности из-за неправильной приработки или по причине использования неоригинальных и плохого качества колец. Слабое прилегание и прорывы горячих газов могут привести к тому, что кольцо «садится», что еще больше усложняет ситуацию.

Эти детали работают в экстремальных условиях: на них постоянно воздействуют ударные нагрузки от искровой детонации, вызывающие вибрацию кольца в канавке. Это приводит к увеличению зазора компрессионного кольца и, соответственно, повышает риск его выхода из строя.

Зазор поршневых колец влияет на эффективность работы двигателя и срок его службы. Это лишнее подтверждение того, что кольца необходимо менять своевременно.

На практике они могут прослужить до 500 тыс. км, но в некоторых случаях изнашиваются гораздо раньше. Срок службы зависит от стиля вождения, качества топлива и масла, стабильности состава топливовоздушной смеси, своевременного обслуживания машины и других факторов.

Когда приходит время замены, автолюбители интересуются, как распознать допустимый уровень износа и можно ли отложить ремонт. Эти вопросы возникают у водителей чаще всего. Также нужно выяснить, какие поршневые кольца подойдут для вашего автомобиля, чтобы обеспечить его надежную работу и оптимальную производительность.

В технической документации каждого авто производители указывают пробег, при котором необходимо заменить маслосъемные и компрессионные поршневые кольца.

Когда нужна замена поршневых и компрессионных колец

Определить необходимость замены колец по внешним признакам довольно сложно. Симптомы неисправностей цилиндро-поршневой группы часто схожи, поэтому без проверки двигателя невозможно выявить конкретную проблему.

Основные признаки, на которые стоит обратить внимание:

• Резкое снижение тяги и недостаточная реакция на нажатие педали газа.
• Проблемы с запуском двигателя «на холодную» или провалы при запуске «на горячую».
• Повышенный расход топлива.
• Появление сизого или черного дыма из выхлопной трубы.

Потеря мощности может свидетельствовать о снижении компрессии: сизый дым говорит о повышенном расходе масла, а черный — о переливе топлива. Однако в этих случаях причина может заключаться необязательно в кольцах.

В таких ситуациях в первую очередь пытаются устранить проблему. Для этого делаются следующие шаги:

• установка правильного угла опережения зажигания;
• проверка и в случае необходимости замена свечей;
• диагностика работы датчика температуры охлаждающей жидкости, лямбда-зонда и других электронных компонентов, отвечающих за приготовление смеси и корректную работу двигателя.

Только в том случае, если выясняется, что причина в поршневой группе, начинаются работы, заключающиеся в проверке двигателя. Если у автомобиля большой пробег, то помимо решения основной проблемы производится замена колец при значительном их износе.

Чтобы улучшить работу машины, планируйте купить поршневые кольца, которые необходимо заменить во время ремонта двигателя.

Установка поршневых колец

Для снятия старых поршневых колец необходимо развести их края в области замка до тех пор, пока кольцо не выйдет из паза. Это делается с помощью специальных щипцов или плоской отвертки небольшого размера.

После снятия колец канавки очищаются от нагара с помощью специализированного инструмента или старого компрессионного кольца, разобранного на две части.

Перед установкой поршневых колец важно ознакомиться с инструкцией, прилагаемой к комплекту. В ней указана последовательность действий и правильное расположение всех деталей.

После очистки канавок необходимо проверить радиусы и боковые поверхности на наличие повреждений.

Важно знать, как ставить поршневые кольца, чтобы обеспечить надлежащую герметизацию и избежать повреждения двигателя.

Установка новых колец начинается снизу. Эта процедура выполняется с помощью специального цангового приспособления.

После завершения установки проверяются зазоры боковых поверхностей: если они превышают 0,1 мм, поршни необходимо заменить.

Обкатка двигателя с установленными новыми кольцами проводится в течение 3–5 тыс. км и включает в себя следующие действия:

• прогрев двигателя;
• недопущение длительного простоя на холостом ходу;
• езда на высоких оборотах на малых скоростях с повышенными передачами.

После завершения обкатки двигатель не следует нагружать в течение еще 5–10 тыс. км.

Часто задаваемые вопросы опоршневых кольцах

Что изнашивается параллельно с поршневыми кольцами?

Юбки поршней обычно изнашиваются вместе с поршневыми кольцами. Если заменяемые кольца повреждены, можно использовать специальные антифрикционные покрытия для улучшения состояния поршней.

Читайте также!

Как заменить свечи зажигания в автомобиле

Подробнее

Как называется вырез в поршневом кольце?

Вырез в кольце называется замком.

Какова величина пробега автомобиля с поршневыми кольцами?

Пробег для автомобилей отечественного производства обычно составляет около 150 тыс. км, а для машин ведущих мировых марок — около 300 тыс. км. Указанные значения являются рекомендуемыми.

В завершение следует отметить, что поршневые кольца играют важнейшую роль в ДВС. Современные автомобильные двигатели обеспечивают длительный срок службы, что сказывается на пробеге без капитального ремонта, мощности, а также стоимости ремонта и соблюдении других высоких требований.