Для ознакомления Клиентов с терминами и маркировкой, касающимися поршневых колец и параметров, влияющих на их надлежащее функционирование, мы предоставляем информацию о типах колец, особенностях конструкции, типах спиральных пружин, оболочках и покрытиях, а также материалах, используемых при производстве поршневых колец торговой марки «MAR-MOT».
- Кольца и их функции
- Основные параметры
- Типы колец
- Конструкционные особенности
- Типы замков колец
- Типы спиральных пружин
- Материалы
- Покрытие
Кольца и их функции
Поршневые кольца представляют собой металлические уплотнения, предназначенные для предотвращения утечек и продувки газа между камерой сгорания и картером, а также для обеспечения передачи тепла от поршня к цилиндру. Кроме того, поршневые кольца предназначены для уменьшения избытка масла, необходимого для правильного функционирования системы «кольцо — поршень — цилиндр» перед входом в камеру сгорания, а также для создания однородного слоя масла на рабочей поверхности цилиндра (см. рис. 1.3).
Для достижения вышеуказанных целей поршневые кольца должны иметь правильный контакт с рабочей поверхностью цилиндра и боковой поверхностью канавки поршня. Радиальное взаимодействие в основном обеспечивает естественная сила упругости кольца. Давление газов в камере сгорания увеличивает давление как радиально (воздействуя на канавку поршня), так и осевым давлением, что улучшает герметизирующие свойства кольца. Осевой контакт с верхней и нижней поверхностями канавки поршня чередуется из-за воздействия газов, инерции и силы трения (см. рис. 2.3).
Рабочие характеристики поршневых колец, то есть эффективность уплотнения, являются результатом конструкции двигателя, поршня, цилиндра и их исполнения, используемого масла и топлива, а также, прежде всего, их технического качества и соответственно выбранных типов колец.
Основные параметры
Чтобы правильно и однозначно понять следующие определения, рекомендуется ознакомиться со следующими рисунками (см. рис. 17.1)
| ПАРАМЕТР | СИМВОЛ | ЕДИНИЦА |
|---|---|---|
| высота кольца a) параллелограммные кольца – расстояние между боковыми поверхностями кольца, измеряемое в любой точке, перпендикулярной к опорной поверхности (см. рис. 1.1, рис. 2.1 и рис. 18.1) b) трапециевидные кольца | h1
h3
| mm
mm
|
| радиальная ширина кольца – расстояние между рабочей и внутренней поверхностью кольца (см. рис. 4.1 и рис. 19.1) | a1 | mm |
| общий зазор в замке a) расстояние между концами кольца в свободном состоянии, составляющее половину значения радиальной ширины (см. рис. 5.1) b) для колец с внутренней защитой свободный зазор измеряется в месте, указанном на рисунке буквой p (см. рис. 6.1) | m p | mm mm |
| зазор в закрытом состоянии (зазор замка) — расстояние между концами кольца, закрытого в цилиндре с номинальным диаметром, подходящим для данного кольца, измеренное в самой узкой точке зазора (см. рис. 7.1) | s1 | mm |
| касательная сила – сила, необходимая для удержания в закрытом состоянии неразъемных (см. рис. 8.1) и разъемных колец (см. рис. 9.1) | Ft | N |
| овализация — разница между двумя перпендикулярными диаметрами d3 и d4, когда кольцо находится в закрытом состоянии. Может быть как положительной (d3 > d4), так и отрицательной (d3 < d4) (см. рис. 10.1) | U | mm |
| герметичность – способность кромки рабочей поверхности кольца, установленного в цилиндре с его номинальным диаметром, предотвращать пропускание света (см. рис. 11.1) | проценты | |
| конусность рабочей поверхности кольца – конусность – это преднамеренное отклонение от перпендикулярности рабочей поверхности кольца относительно поверхности основания (см. рис. 12.1) | градусы | |
| бочкообразность рабочей поверхности кольца – бочкообразность – это преднамеренное отклонение выпуклости рабочей поверхности кольца от линии, перпендикулярной относительно поверхности основания (см. рис. 13.1) | t2, t3 | mm |
| толщина покрытия – расстояние между наружной поверхностью покрытия и поверхностью материала, из которого изготовлено кольцо (см. рис. 14.1) | mm | |
| угол трапеции — угол, создаваемый двумя боковыми поверхностями трапециевидного кольца (см. рис. 15.1) | градусы | |
| высота канавки кольца – высота рабочей поверхности, соприкасающейся с поверхностью цилиндра в маслосъемных кольцах (см. рис. 16.1) | h4, h5 | mm |
Указанные определения соответствуют стандарту ISO 6621/2 – Internal combustion engines – Piston rings – Part 2: Inspection measuring principles.
Типы колец
Поршневые кольца можно поделить на три группы с точки зрения функций, которые они исполняют. Ниже описаны эти группы, а также представлены часто выступающие
в них типы колец.
Компрессионные кольца
Кольца предназначены в основном для предотвращения продувания газа между боковой поверхностью поршня и рабочей поверхностью цилиндра. Они исполняют функцию герметизации камеры сгорания. Предполагается, что они составляют около 80% от общего количества уплотнений.
| НАЗВАНИЕ ТИПА | ОБОЗНАЧЕНИЕ ISO* | ОБОЗНАЧЕНИЕ PL** | РИСУНОК |
|---|---|---|---|
| прямоугольное кольцо (обычное) | R | R |  |
| прямоугольное кольцо с фаской (минутное) | M | RS |  |
| трапециевидное кольцо 6° | T | T6 |  |
| трапециевидное кольцо 15° | K | T15 |  |
| трапециевидное одностороннее кольцо 7° | HK | T7J |  |
Скребковые кольца
Кольца, не имеющие окошек, в основном предназначены для удаления излишков масла и нагара с рабочей поверхности цилиндра. Они также выполняют функцию второго уплотнительного кольца.
| НАЗВАНИЕ ТИПА | ОБОЗНАЧЕНИЕ ISO* | ОБОЗНАЧЕНИЕ PL** | РИСУНОК |
|---|---|---|---|
| скребковое кольцо | E | ZW |  |
| скребковое кольцо с фаской | EM | ZS |  |
| коническое скребковое кольцо | N | N |  |
| коническое скребковое кольцо с фаской | NM | NS |  |
Маслосъемные кольца
Кольца, имеющие окошка или эквивалентные отверстия, удаляющие излишки масла
с рабочей поверхности цилиндра и выпускающие его в картер через отверстия
в поршне. Они встречаются в виде цельных колец (без спиральной пружины), двухкомпонентных (со спиральной пружиной) и так называемых многосекционных колец, сложенных маслосъемных колец, используемых в бензиновых двигателях, среди которых в связи з их конструкцией (форма пружины) отличаются три типа — U / S / H — flex.
| НАЗВАНИЕ ТИПА | ОБОЗНАЧЕНИЕ ISO* | ОБОЗНАЧЕНИЕ PL** | РИСУНОК |
|---|---|---|---|
| цилиндрическое маслосъемное кольцо | S | OW |  |
| маслосъемное кольцо с фасками | D | OD |  |
| маслосъемное кольцо с односторонним срезом | G | OJ |  |
| цилиндрическое маслосъемное кольцо с пружиной | SSF | OWE |  |
| цилиндрическое маслосъемное кольцо с фасками и пружиной | DSF | ODE |  |
| маслосъемное кольцо с односторонним срезом и пружиной | GSF | OJE |  |
| хромированное маслосъемное кольцо с фасками и пружиной с профилированной поверхностью канавки | DSF-C | OE |  |
| хромированное маслосъемное кольцо с фасками и пружиной с непрофилированной поверхностью канавки | DSF-CNP | OE |  |
| многосекционное маслосъемное кольцо | ES | U / S / H — flex |  |
* ISO 6621/4 – Internal combustion engines – Piston rings – Part 4: General specifications
** PN-90/S-36507 – Двигатели внутреннего сгорания – Чугунные поршневые кольца диаметром до 200 мм
Конструкционные особенности
Poprzez wprowadzenie modyfikacji przekroju pierścienia tłokowego polegających na dodatkowym kształtowaniu jego krawędzi można wpływać na zdolność przylegania powierzchni roboczej pierścienia do powierzchni roboczej cylindra. Zjawisko to określa się jako skręcenie pierścienia tłokowego. W zależności od położenia szczegółu konstrukcyjnego na krawędzi pierścienia skręcenie może być dodatnie (IF oraz IW), co spowoduje zwiększenie nacisku na powierzchnię roboczą cylindra dolnej krawędzi pierścienia, bądź ujemne (IFU oraz IWU), które to zapewni wzmocniony nacisk górnej krawędzi pierścienia na powierzchnię roboczą cylindra. Pierścienie tłokowe tego typu stosowane są w silnikach diesla oraz benzynowych, głównie jako pierścienie uszczelniające (ew. zgarniające).
| НАЗВАНИЕ | ОБОЗНАЧЕНИЕ ISO* | РИСУНОК |
|---|---|---|
| скашивание внешних кромок | KA |  |
| скашивание внутренних кромок | KI |  |
| внутренняя верхняя фаска | IF |  |
| внутренняя нижняя фаска | IFU |  |
| внутренний верхний сдвиг | IW |  |
| внутренний нижний сдвиг | IWU |  |
* ISO 6621/4 – Internal combustion engines – Piston rings – Part 4: General specifications
Типы замков колец
Замок поршневого кольца – это надрез по радиусу кольца. Надрез может иметь разную форму, используемую в зависимости от рабочих условий и функции, которую должно выполнять кольцо. В двухтактных двигателях применяется блокировка замков колец от предотвращения осевого поворота колец на поршне (например, замки B4 и B9). Кольца с косыми (B2), крючковыми (B3) и накладными (B8) замками используются
в гидравлических устройствах.
| НАЗВАНИЕ | ОБОЗНАЧЕНИЕ | РИСУНОК |
|---|---|---|
| прямой замок | B1 |  |
| косой замок | B2 |  |
| крючковой замок | B3 |  |
| замок с внутренней формой блокировки | B4 |  |
| накладной замок | B8 |  |
| замок с блокировкой на фронтальной плоскости | B9 |  |
Типы спиральных пружин
Спиральные пружины являются неотъемлемой частью двухкомпонентных маслосъемных колец. Они используются для повышения давления рабочих поверхностей маслосъемного кольца (канавок – см. основные параметры поршневых колец) на рабочую поверхность цилиндра.
В кольцах торговой марки «MAR-MOT» обычно используются спиральные пружины типа CSE. Эту пружину характеризует переменный ход и полированная окружность, что обеспечивает равномерное распределение давления по всему контуру поршневого кольца, и благодаря увеличенной площади контакта между кольцом и пружиной облегчает взаимодействие этих элементов, предотвращая заклинивание пружины
в канавке маслосъемного кольца.
Ниже представлены типы спиральных пружин, которые используются в поршневых кольцах, их обозначение и технические рисунки.
Дополнительно были размещены фотографии, показывающие способ монтажа пружины типа CSE в канавке кольца (см. фот. 34.2).
| НАЗВАНИЕ | ОБОЗНАЧЕНИЕ ISO* | РИСУНОК |
|---|---|---|
| нешлифованная пружина с постоянным шагом | CSN | rys. 31.2 |
| шлифованная пружина с постоянным шагом | CSG | rys. 32.2 |
| шлифованная пружина с переменным шагом | CSE | rys. 33.2 |
.jpg){kind=link}
.jpg){kind=link}
.jpg){kind=link}
* ISO 6626 — Internal combustion engines — Piston rings — Coil-spring-loaded oil control rings
Материалы
Поршневые кольца подвержены влиянию переменных механических условий, высокой температуры и высокого давления. Вышеуказанные факторы подвергают кольца деформации, потере упругости и преждевременному механическому износу, что,
в свою очередь, приводит к ухудшению эксплуатационных свойств механизма «кольцо — поршень — цилиндр».
Для обеспечения оптимальной и продолжительной работы поршневые кольца торговой марки «MAR-MOT» изготавливаются из следующих материалов.
Серый чугун
|  | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 100:1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| 500:1 (trawiony HNO3) |
Высокопрочный чугун
|  | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 100:1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 500:1 (trawiony HNO3) |
Сталь
| обозначение MAR-MOT: | St-A | ||||||||||||
| обозначение ISO 6621-3: | MC 63 | ||||||||||||
| использование: | компрессионные кольца | ||||||||||||
| химический состав [%]: |
| ||||||||||||
| механические качества | |||||||||||||
| твердость: | 50~60 HRC | ||||||||||||
| прочность на изгиб: | 1700~2200 MPa | ||||||||||||
| коэффициент упругости: | ≥205 GPa |
| обозначение MAR-MOT: | St-B | ||||||||||
| обозначение ISO 6621-3: | MC 68 | ||||||||||
| использование: | компрессионные кольца | ||||||||||
| химический состав [%]: |
| ||||||||||
| механические качества | |||||||||||
| твердость: | 45~55 HRC | ||||||||||
| прочность на изгиб: | 1400~2000 MPa | ||||||||||
| коэффициент упругости: | ≥205 GPa |
| обозначение MAR-MOT: | St-C | ||||||||||
| обозначение ISO 6621-3: | MC 67 | ||||||||||
| использование: | многосекционные маслосъемные кольца (пружины) | ||||||||||
| химический состав [%]: |
| ||||||||||
| механические качества | |||||||||||
| прочность на изгиб: | 1000~2000 MPa | ||||||||||
| коэффициент упругости: | ≥190 GPa |
Покрытие
Поршневые кольца торговой марки «MAR-MOT» поставляются в зависимости от требований заказчика с использованием твердых покрытий и защитных оболочек. Они представлены и охарактеризованы ниже.
Твердое покрытие
Чтобы продлить срок службы как поршневых колец, так и рабочей поверхности цилиндра, используются твердые покрытия, к которым можно отнести хромовое
и молибденовое покрытия.
Хромовое покрытие (Cr)
Самым популярным и стойким к истиранию является хромовое покрытие. В основном используется на рабочих поверхностях уплотнительных колец, где температура
и давление самые высокие, а также на маслосъемных кольцах — из-за высокого удельного давления.
Молибденовое покрытие (Mo)
Молибденовое покрытие характеризуется чрезвычайно высокой стойкостью
к истиранию, дополнительно эффективно проводит тепло, что облегчает его передачу от поршня к цилиндру, а благодаря слегка пористой поверхности, поглощающей частицы масла, — предотвращает затирание поршневых колец в цилиндре.
Защитное покрытие
Для повышения эксплуатационных качеств и защиты поршневых колец от коррозии используются следующие защитные покрытия: фосфатное покрытие, оловянное покрытие и окисление.
Фосфатное покрытие (Р)
Фосфатное покрытие мягкое, оно обеспечивает более быстрое притирание поршневых колец в начальном периоде использования и защищает поверхность от коррозии.
Окисление (Ох)
Окисление используется в основном на боковых поверхностях многосекционных маслосъемных колец. Покрытие этого типа характеризуется низкой толщиной
и защищает поверхность от коррозии.
Оловянное покрытие (Sn)
Оловянное покрытие характеризуется очень низкой твердостью и облегчает работу кольца на поршне путем уменьшения силы трения.