Поршневе кільце — це еластичне металеве відкрите кільце, яке за функціями можна розділити на два типи: газове кільце та масляне кільце. На верхньому кінці головки поршня встановлено від 2 до 4 повітряних кільців, а на нижньому — від 1 до 2 масляних кільців.
Функція газового кільця полягає в забезпеченні ущільнення між поршнем і стінкою циліндра та запобіганні витоку газу високого тиску з верхньої частини поршня в картер. Коли ущільнення погане, газ під час такту стиснення витікає більше, що призводить до зниження тиску в кінці стиснення та ускладнення запуску двигуна внутрішнього згоряння. Витік газу високої температури в картер також підвищує температуру поршня, а олива окислюється та псується через нагрівання. Окрім функції ущільнення, газове кільце також виконує функцію теплообміну. Більша частина тепла, що поглинається верхньою частиною поршня, передається до стінки циліндра через газове кільце (оскільки головка поршня не торкається стінки циліндра), а потім відводиться зовнішнім охолоджувальним середовищем.
Газове кільце, особливо перше, окрім високошвидкісного зворотно-поступального лінійного руху вздовж стінки циліндра разом з поршнем, також зазнає впливу тиску високої температури та газу високого тиску, а також поганих умов змащування, що знижує механічні властивості газового кільця. Еластичність зменшується, що призводить до карбонізації мастила, а також може спричинити розтягування циліндра та витік повітря. Тому необхідно, щоб газове кільце мало достатню силу пружності, щоб щільно прилягати до стінки циліндра навколо нього. У цьому випадку витік газу високого тиску через контактну поверхню між газовим кільцем та стінкою циліндра неможливий. Газ, що діє на верхню торцеву поверхню кільця, щільно притискає кільце до канавки поршневого кільця, так що нижня торцева поверхня щільно контактує з канавкою кільця. Газ, що потрапляє між внутрішньою стороною кільця та канавкою кільця, тисне назовні, щільніше притискаючи кільце до стінки циліндра. Таким чином, витік газу високого тиску можна запобігти, використовуючи силу пружності самого газового кільця та тиск газу.
Поршневі кільця зазвичай виготовляються з високоякісного сірого чавуну або легованого чавуну. Для покращення робочих характеристик першого газового кільця та підвищення його зносостійкості на поверхню першого газового кільця часто наносять пористий шар хрому або шар молібдену. В останні роки перше газове кільце також виготовляється з ковкого чавуну або сталі. У вільному стані зовнішній діаметр кільця трохи більший за діаметр циліндра. Після встановлення в циліндр поршневе кільце створює пружну силу та притискається до стінки циліндра, і в отворі повинен залишатися певний зазор (так званий торцевий зазор або зазор отвору, поршневе кільце двигуна внутрішнього згоряння). Зазор отвору зазвичай становить 0,4~0,8 мм), щоб запобігти застряганню поршневого кільця в циліндрі під час нагрівання та розширення. Після встановлення поршневого кільця в канавку кільця також повинен залишатися певний зазор по висоті (так званий бічний зазор, бічний зазор поршневого кільця двигуна внутрішнього згоряння зазвичай становить 0,08-0,16 мм). Після встановлення поршневого кільця на поршень отвори кожного кільця повинні бути зміщені на 120°~180°, а отвір поршневого кільця повинен бути зміщений на відстань більше ніж 45° від отвору для посадки поршневого пальця, щоб запобігти витоку після встановлення поршневого кільця в циліндр. Явище утворення газу.
Для покращення умов роботи поршневого кільця та кращого прилягання поршневого кільця до циліндра, деякі поршневі кільця використовують різні перерізи, тому під час встановлення слід звернути особливу увагу. Основна форма поперечного перерізу газового кільця - прямокутник. Прямокутне кільце легко виготовити та широко використовується, але його характеристики обкатки відносно низькі, і воно не може задовольнити зростаючі вимоги двигуна. Це поширене компресійне кільце можна вільно встановити в канавку газового кільця. У деяких двигунах використовується конічна конструкція кільця. Робоча поверхня кільця має кут конусності від 0,5° до 1,5°, завдяки чому зменшується контактна поверхня між робочою поверхнею кільця та стінкою циліндра, а обкатка може бути швидшою. Конічний кут також виконує функцію зішкрібання оливи. Однак знос конічного кільця відбувається швидко, що впливає на термін служби. Встановлюйте його кутовою стороною вниз.
У деяких двигунах внутрішнього згоряння використовуються кільця з скручуванням. Частина верхнього краю внутрішнього кола або нижнього краю зовнішнього кола скручованого кільця зрізана, утворюючи ступінчастий переріз. Такий переріз асиметричний всередині та зовні. Після того, як кільце завантажено в циліндр та стиснуто, під дією асиметричної внутрішньої сили відбувається значний нахил перерізу, так що зовнішня поверхня кільця утворює конічну поверхню з невеликим верхом та великим низом, що зменшує розмір кільця. Площа контакту стінки циліндра забезпечує легке обкатку кільця та зішкрібає масло вниз. Крім того, верхня та нижня торцеві поверхні кільця контактують з верхньою та нижньою торцевими поверхнями канавки кільця у відповідних місцях, що не тільки підвищує герметичність, але й запобігає руху поршневого кільця вгору та вниз у канавці, що призводить до потрапляння масла в насос та зносу. Під час встановлення кільця необхідно звертати увагу на його напрямок вгору та вниз. Його не можна встановлювати навпаки. Внутрішній розріз повинен бути спрямований вгору, а зовнішній – вниз. У деяких двигунах внутрішнього згоряння з великим тепловим навантаженням, щоб покращити протикоксову здатність газового кільця, часто використовуються трапецієподібні кільця. Зазор між торцевою поверхнею кільця та канавкою кільця змінюється залежно від бічного коливання поршня під дією бічної сили, що може подрібнити вуглецеві відкладення в канавці кільця та запобігти склеюванню та заїданню поршневого кільця. Це кільце можна встановлювати як завгодно, як і звичайні газові кільця.
Також існує форма кільця газового кільця з торцевою поверхнею, його робоча поверхня має опуклу дугоподібну форму, а верхній та нижній напрямки мають клиноподібну форму зі стінкою циліндра, що забезпечує легке обкатку, хороші змащувальні властивості та міцне ущільнення. Такі кільця зазвичай використовуються для посилення двигунів внутрішнього згоряння. Як і звичайні компресійні кільця, це кільце можна вільно встановлювати в канавку газового кільця.
Час публікації: 04 серпня 2022 р.