Двигатели
внутреннего сгорания

 
         

 

Главная
Основы конструирования
Расчеты
Силы и моменты
Поршневая группа
Шатуны и штоки
Коленчатые валы
Подшипники
Система газораспределения
Корпусные детали
Анализ конструкции
Устройство и
принцип действия

КШМ
ГРМ
Система смазки
Система охлаждения
Система питания
Система зажигания
Пуск двигателей
Увеличение мощности
Разное

Поршневые кольца

Поршневые кольца уплотняют полость камеры сгорания, передают теплоту от поршня во втулку цилиндра, препятствуют попаданию масла из картера в камеру сгорания и значительному его выгоранию. Уплотнение осуществляется прижатием кольца к втулке цилиндра силами упругости и от давления газов, протекающих из камеры сгорания за кольцо через зазоры. Так как на частичных нагрузках давление в цилиндре уменьшается, упругость кольца должна быть достаточна для уплотнения. Надежность уплотнения зависит также от деформации втулки цилиндра (в процессе монтажа и при работе), препятствующей плотному прилеганию контактирующих поверхностей втулки цилиндра и кольца. Кроме того, неровности поверхности втулки цилиндра, а также изнашивание поршневых канавок приводят к вибрациям колец в осевом и радиальном направлениях, что является причиной их усталостного разрушения. Выбор числа колец в зависимости от типа двигателя и конструкции поршня был рассмотрен выше.
Первое поршневое кольцо работает в наиболее тяжелых условиях. На преодоление трения поршневых колец приходится приблизительно 40-50%, а иногда до 60% всех механических потерь в двигателе. При этом, например, в карбюраторном двигателе с тремя поршневыми кольцами на первое кольцо приходится 60, на второе 30 и на третье 10% затрат энергии на трение колец. Для снижения работы трения без ухудшения уплотняющей способности колец уменьшают площадь поверхности трения путем снижения высоты кольца (рис. 110), а также применяют подрез (рис. 110, а, тип 9, 10).
При отсутствии масляного охлаждения поршня через компрессионные кольца отводится до 60% теплоты, теряемой поршнем. Температура первого кольца достигает 200-250°С, температуры в зоне контакта кольца с цилиндром могут быть существенно выше.
Неразрезные жаровые кольца форсированных двухтактных двигателей имеют температуру 350°С и больше.
Вследствие повышенной температуры снижается прочность материала колец, уменьшается их упругость, происходит закок-совывание.
Несмотря на то, что компрессионные кольца частично выполняют функции маслосъемных колец и регулируют подачу масла, конструкция их значительно отличается от конструкции маслосъемных колец. На рис. 110, а, 6 показаны наиболее распространенные конструкции компрессионных и маслосъемных колец, применяемых в автомобильных и тракторных двигателях. Прямоугольную форму имеют компрессионные кольца на двигателях с умеренным форсированием (рис. 110, а, типы 1, 2, 3). При значении литровой мощности 18,5 кВт/л рекомендуется в качестве первого, а иногда и первых двух применять трапецеидальные кольца типов 6, 7 (рис. 110, а), как менее склонные к закоксовыванию. В остальных поршневых канавках целесо-
образно использовать так называемые «минутные» компрес- 1 сионные кольца с углом наклона образующей нагруженной по- 1 верхности, равным 60-90'. Величина а' (рис. 110, а, тип 8) \ достигает у компрессионных колец 0,70-0,95 мм, а у маслосъемных 0,9-1,1 мм.
Улучшение уплотнения достигается применением колец скребкового типа и колец с несимметричным сечением типов 4, 5 (рис. 110, а), обеспечивающим скручивание кольца при работе, что уменьшает склонность их к зависанию.
В крупных судовых малооборотных двигателях применяются компрессионные кольца с улучшенной работоспособностью, которая достигается ввальцовкой в боковую рабочую поверхность бронзовых или алюминиевых кольцевых пластин (рис. 111, а). Улучшению прирабатываемости способствует нанесение на рабочую поверхность кольцевых рисок (рис. 111,6), в которых, кроме того, хорошо удерживается масло. Некоторые характеристики компрессионных колец приведены в табл. 15.
Если кольца имеют небольшую высоту t (см. рис. 110), то можно уменьшить высоту поршня и расстояние пальца до днища; однако при прочих равных условиях температура поршня в этом случае будет выше. Пределом уменьшения высоты t является возможность поломки при обработке, монтаже и эксплуатации колец.
Предельная величина / кольца определяется напряжением при надевании кольца, на поршень. В тонкостенных цилиндрах форсированных двигателей лучший контакт колец с цилиндром при его овализации достигается, если кольца имеют малую жесткость, т.е. при меньшей толщине.
При использовании материала с большим модулем упругости (ковкий чугун, сталь) для снижения удельного давления следует уменьшать I или зазор в стыке в свободном состоянии кольца. Форма стыка (замок) бывает различной. Наиболее часто применяют кольца с прямым разрезом или под углом 45°, а в крупных судовых малооборотных двигателях-кольца со ступенчатым замком.
Маслосъемные кольца (см. рис. 110) изготовляют скребкового типа 15, коробчатого типа 16, 21, а. также состоящими из нескольких элементов (кольца типов 17, 20). Маслосъемные кольца имеют повышенное радиальное давление на стенку цилиндра, для увеличения которого используют расширители III-IV в виде многогранных стальных лент (кольцо типа 17, см. рис. 110,6) или цилиндрических витых пружин (кольцо типа 21, см. рис. 110,6). Общее давление на стенку цилиндра достигает при этом 3 МПа. Для отвода масла, собирающегося в углублениях, по периметру кольца фрезеруют прорези высотой (0,3-|-0,45) t (кольца типов 16, 21, рис. 110,6). Соответствующую систему отводящих отверстий выполняют и в корпусе поршня. Преимуществом составных колец (колец типов 17-20, рис. 110,6) является хорошее согласование профиля рабочей поверхности элементов кольца с деформированной поверхностью стенки цилиндра, что обеспечивает при высоком радиальном давлении эффективный съем масла.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 



  Разработано специально для liciss.ru, все права защищены.
Копирование материалов сайта разрешается только с указанием прямой индексируемой ссылки на источник.