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.
Когда производится ремонт двигателя, владельцы авто часто спрашивают, какой зазор должен быть на поршневых кольцах. Этот вопрос распадается на два отдельных. Как для компрессионных, так и для маслосъёмных поршневых колец нормируются два параметра – вертикальный (осевой) зазор и величина зазора в замке. Оба параметра должны находиться в определённых пределах, но заметим сразу, что слишком большой осевой зазор, равно как чрезмерный зазор в замке – это ерунда по сравнению с тем, что будет, если установить кольцо с очень малым концевым зазором. В последнем случае, конечно, речь шла о зазоре в замке – по-другому его называют «концевым», и об этой величине мы должны рассказать подробней.
Зачем на поршне три кольца?
Два верхних кольца, устанавливаемых в канавки поршней, нужны для поддержания компрессии. На рисунке эти элементы обозначены цифрами «1» и «2». А нижнее кольцо, обозначенное как «3», является маслосъёмным:
Меньше, чем 3 кольца на поршне, в 4-тактных ДВС не используется
При работе двигателя происходит разогрев деталей, от нагрева металл расширяется, а величина всех зазоров уменьшается. Если зазор между концами кольца будет меньше, чем рекомендовано изготовителем, то после прогрева такое кольцо царапает стенки цилиндра. Замеры нужно производить без разогрева детали, причём само кольцо обязательно помещают в цилиндр:
Промер зазора нельзя выполнить, не имея доступа к блоку цилиндров
Чтобы узнать величину зазора, используют специальные щупы (планки). Обычно рекомендуемые величины находятся в следующих пределах: 0,2-0,5 мм. И всё же, обязательно сверьтесь с документацией!
Все знают, какой зазор является рекомендуемым для двигателей ВАЗ: на поршневых кольцах, создающих компрессию, он должен быть равен 0,25-0,4 мм (не меньше 0,25 мм). Для маслосъёмных колец подходят другие значения – 0,25-0,5 мм. Как видите, нижний предел здесь является одинаковым, но это верно не для всех ДВС.
Техника промера
Выше не было сказано, что такое вертикальный или осевой зазор. Суть этого параметра станет ясна в ходе выполнения действий:
- Поднесите кольцо к боковой поверхности цилиндра;
- Установите кольцо внешней стороной в ту прорезь, которая для него предназначена;
- При помощи комплекта щупов определите величину зазора (см. рис.).
На схеме показано, как нужно измерять вертикальный зазор.
Именно так всегда промеряют осевой зазор колец
Теперь определим, какой зазор остаётся на поршневых кольцах между концами, если они, то есть кольца, находятся внутри цилиндра. Само кольцо погружают в моторное масло, а затем его нужно сдвигать по стенкам одного из цилиндров – того же, где оно будет «трудиться»:
Зазор промеряют, когда кольцо зажато стенками цилиндра
Для выполнения этой операции обычно используют поршень, если последний уже был демонтирован. Смысл в том, чтобы довести кольцо примерно до того уровня, на котором оно находится при работе мотора. Допустим, расточка блока производилась недавно. Тогда кольцо перемещают вниз на 3-5 мм (этого достаточно). А дальше, используя комплект щупов, операцию доводят до завершения.
Моторное масло, используемое для смазки колец, может быть любым. В двигателе успешно сгорает всё!
Номиналы для разных ДВС Lifan
При установке новых моторных колец, не имеющих внешних дефектов, промер осевых зазоров проводить не обязательно. Как раз потому в литературе по ремонту значения этих зазоров не приводят. А вот зазор в замке кольца нужно измерять и оценивать, пользуясь рекомендациями изготовителя. Ниже перечислены предельные значения зазоров в замке.
Solano 620
Мотор седана Solano 620-й модели – это аналог двигателя Toyota 4A-FE, объём которого равен 1,6 л. Так что будем пользоваться рекомендациями этой компании (Toyota):
- Верхнее компрессионное: 0,250 – 0,450 (1,050);
- Нижнее компрессионное (AE-92, AT-180): 0,150 – 0,400 (1,000);
- Нижнее компрессионное (AE-101, AT-190): 0,350 – 0,600 (1,200);
- Маслосъёмное: 0,100 – 0,500 (1,100).
В скобках указано предельное максимальное значение. При его превышении нужно проводить капремонт – растачивать блок и так далее.
Кроссовер X60
Здесь у нас находится двигатель, как в кроссовере Toyota RAV4 (1,8). Поэтому снова воспользуемся рекомендациями фирмы Toyota:
- Верхнее компрессионное: 0,250 – 0,450 (1,050);
- Нижнее компрессионное: 0,350 – 0,600 (1,200);
- Маслосъёмное: 0,150 – 0,500 (1,050).
Надеемся, вопросов здесь не возникнет. Значения подходят для двигателя 1ZZ-FE (1,8 л).
Видео с инструкцией: выполняем промер зазоров сами
Тема, интересующая многих автолюбителей, как установить зазор между поршневыми кольцами, а особенно интересует это тех, кто собирается проводить ремонтные работы самостоятельно. Каждый знает, что любой автовладелец (опытный, или нет), старается больше узнать о повреждениях, которые могут возникнуть во время эксплуатации авто, а также о мерах их предосторожности.
Приемы и техника
Какой должен быть зазор на поршневых кольцах? Мы рассмотрим различные особенности, и специфику темы, а также ознакомимся с основными приёмами и техниками, для ремонта этой детали.
Во-первых, самым первым шагом будет являться 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 мерам 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 подойдёт таблица, в которой будут указаны номинальные зазоры поршневых колец.
Это:
- Параметры верхнего компрессионного кольца должны быть 1-0.04-0,075 мм;
- Компрессионное кольцо, которое находится внизу, должно 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 тяжело 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? Нужно померить диаметр поршня сразу в нескольких местах по его окружности. Потом 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 одинаковы, то всё в порядке.
В-четвёртых, измерение зазоров в замках поршневых колец. Выполнять данное измерение можно как при помощи специальной оправы, так и при наличии простого предмета цилиндрической формы. Показатели и параметры зазора следует измерять при помощи специального щупа. Параметры зазора пригодного для эксплуатирования имеют следующие пропорции – 0,25-0,45 мм.
При этом может допускаться погрешность равная 1,0 мм, которая может возникнуть в результате износа детали. В том случае, если размер зазора выше нормы, то поршень необходимо поменять. Если же измеренный зазор меньше указанных параметров (0,25 мм.), то всё, что нужно это просто подточить торцы до нужного размера.
В-пятых, измерение зазора между поршнями и цилиндрами. Данное измерение основывается на установлении соответствия между уже измеренными диаметрами поршня и цилиндра. Здесь стандартные показатели равны от 0,025 до 0,045 мм, при возможном износе 0,15 мм.