Функция и удобство использования поршневого кольца определяют способ его производства и классификации. Поршневые кольца были разработаны для герметизации камер (где движутся поршни), которые включают камеры сгорания в 2-тактных и 4-тактных двигателях. Вокруг поршня морского двигателя установлено не менее трех колец.
В зависимости от типа и мощности двигателя поршневое кольцо имеет разные номера и функции.
В этой статье будут рассмотрены типы поршневых колец, их важность и функции.
Что такое поршневое кольцо?
Поршневое кольцо в двигателе внутреннего сгорания или паровом двигателе представляет собой металлическое кольцо, окруженное и прикрепленное к внешнему диаметру поршня.
По сути, поршневые кольца герметизируют зазор между поршнем и стенкой цилиндра, предотвращая попадание сжатых газов сгорания в масляный картер. Масляные насосы также действуют как регулирующий механизм, предотвращающий попадание чрезмерного количества масла в камеру сгорания и его сжигание. Кольца должны быть в хорошем рабочем состоянии, чтобы двигатель работал с максимальной эффективностью и мощностью.
Почему важны поршневые кольца?
Поршневые кольца являются одним из основных компонентов, образующих зазор между поршнем и стенкой цилиндра. В случае минимального зазора поршень мог заклинить в своем цилиндре из-за теплового расширения, что привело к серьезному повреждению двигателя.
Однако чрезмерный зазор приведет к недостаточному уплотнению между поршневыми кольцами и стенками цилиндра, увеличению прорыва картерных газов (газов сгорания, попадающих в картер) и уменьшению давления в цилиндре, что приведет к снижению мощности двигателя.
Потери на трение в двигателе вызваны скольжением поршневого кольца внутри стенки цилиндра. Было подсчитано, что почти 24% общих потерь на механическое трение в двигателе приходится на трение, вызванное поршневыми кольцами. Таким образом, поршневые кольца были сконструированы таким образом, чтобы свести к минимуму трение, но в то же время обеспечить хорошее уплотнение и приемлемый ожидаемый срок службы.
Поскольку поршневые кольца необходимо смазывать маслом, качество моторного масла значительно улучшилось из-за сложности смазывания поршневых колец.
Поскольку масло должно выдерживать высокие температуры и суровые условия, чтобы плавно скользить, оно должно выдерживать высокие скорости.
Смазать кольца сложно из-за колебательного движения колец вместо непрерывного вращения шеек подшипника (как в случае с подшипником).
Когда движение поршня ограничено, поршневое кольцо меняет направление и останавливается. В результате смазка гидродинамического подшипника уже не так эффективна, как раньше, из-за нарушения эффекта масляного клина.
Для поддержания плотного закрытия уплотнительные кольца снабжены усилием пружины либо за счет своей жесткости, либо за счет пружины позади них.
Чтобы кольца оставались в контакте с цилиндром, они должны свободно плавать внутри поршневых канавок. Неисправность двигателя часто вызывается заеданием поршневых колец в поршне, скоплением продуктов сгорания или разрушением смазочного масла.
Типы поршневых колец
В небольшом двигателе обычно используются три типа поршневых колец:
Верхние Компрессионные кольца или прижимные кольца
Компрессионные кольца уплотняют поршень, предотвращая утечку газа со стороны сгорания. Эти кольца расположены в первой канавке поршня.
В зависимости от конструкции двигателя это может варьироваться. Эти кольца служат двойной цели: герметизация продуктов сгорания и передача тепла от стенок поршня к поршню.
Слой масла, оставленный маслосъемным кольцом, срезается, обеспечивая достаточную смазку верхних компрессионных колец. Кроме того, он способствует уплотнению и теплопередаче с верхним компрессионным кольцом.
Нижние Компрессионные кольца
Нижние компрессионные кольца, также известные как конические кольца или резервные компрессионные кольца, устанавливаются под верхними компрессионными кольцами. Они служат, в первую очередь, для удаления избыточного масла с поверхности гильзы и предотвращения любой утечки газа, которая выходит из верхнего компрессионного кольца ниже. В большинстве нижних компрессионных колец коническая угловая поверхность расположена внизу, так что она может тереться о коленчатый вал во время движения поршня.
Расход масла увеличивается когда необходимо правильно установить угол наклона нижнего компрессионного кольца рядом с верхним компрессионным кольцом. Нижнее компрессионное кольцо используется когда избыток масла вытирается в сторону камеры сгорания.chamber.
Маслосъемные/съемные кольца
Смазочное масло проходит вверх и вниз по стенкам цилиндра через маслосъемные кольца. Подобные кольца также равномерно распределяют масло по окружности гильзы.
Стенки цилиндров разбрызгиваются маслом, и масло соскребается этими кольцами со стенок цилиндров и возвращается в картер.
Поверхность цилиндра и поверхность кольца уплотнены вместе, поэтому масло не может пройти через них.
Маслосъемное кольцо имеет отверстия или прорези, просверленные в его радиальном центре, которые позволяют избыточному маслу стекать в резервуар.
Доступны цельные или двухкомпонентные маслосъемные кольца. Имея скошенные кромки на внешней стороне или обращенные к камере сгорания, кольца могут увеличить контактное давление с поверхностью гильзы, чтобы снизить расход масла за счет более эффективного соскабливания масла.
Спиральная пружина на двухсоставном маслосъемном кольце действует по всей окружности кольца для поддержания давления и контакта, как и кольцо из чугуна или профилированной стали.
Четыре функции поршневых колец
Поршневые кольца выполняют четыре функции:
- Уплотнение для дымовых газов
Их назначение — поддерживать герметичность внутри цилиндра, пока в нем находится поршень.
Кольца предотвращает утечку продуктов сгорания в зазор, образующийся при взрыве поршней и цилиндров.
Утечка продуктов сгорания приведет к снижению мощности и увеличению расхода топлива, что наносит ущерб окружающей среде и экономике.
- Контроль расхода смазочного масла (моторного масла)
Одной из функций поршневых колец является обеспечение минимального слоя смазочного масла для защиты от повреждения.
В цилиндре двигателя поршневое кольцо сталкивается с высокой температурой продуктов сгорания каждый раз, когда оно движется, и поршень также должен двигаться вперед и назад тысячи раз в минуту.
Поддерживая слой смазочного масла на стенках цилиндра ниже минимально необходимого, поршневые кольца и цилиндры не будут повреждаться, а избыточное смазочное масло не попадет в камеру сгорания.
- Функция теплопроводности
Цилиндр нагревается, когда поршень выталкивается из цилиндра.
Поршень взрывается примерно при температуре 300 градусов по Цельсию, когда внутри него взрывается газ. Тепло должно выходить из внутренней части поршня, чтобы не повредить двигатель. Поршневые кольца помогают в этом процессе.
- Поддержка положения поршня
Поршневые кольца предотвращают интенсивный контакт между поршнем и стенкой цилиндра.
Во время движения поршень под углом может соприкасаться в нескольких местах, что приводит к повреждению двигателя. Для плавного хода поршневое кольцо поддерживает поршень.
Заключительные слова
Теперь вы знаете, что в первую очередь поршневые кольца используются для герметизации камер сгорания в дизельных двигателях. Вы также знаете о разнообразии использования этих колец. Так что теперь ваша очередь использовать эту информацию с пользой. Не стесняйтесь обращаться, если вы все еще хотите узнать что-то еще о них.
