Сайт о последнем легендарном автомобиле

Автор: Евсеев П.П.   к.т.н., доцент  Документ размещён на www.krasvolga.narod.ru:   21.10.2005.

Поршневые кольца

Казалось бы – что проще, купить и установить новые поршневые кольца для автомобильного двигателя? Многие мотористы считают этот вопрос настолько простым, что подчас берутся за эту работу, не вдаваясь в особенности конструкции конкретного автомобиля. А двигатель внутреннего сгорания прост только на первый взгляд. Конструкция его – продукт эволюционного развития в течение 150 лет и мелочей там нет! В этом вы сейчас убедитесь.

Общие сведения

На первый взгляд автомобильный двигатель устроен достаточно просто. Есть цилиндр в котором перемещается поршень, то сжимая топливную смесь, то двигаясь вниз от давления сгоревших газов, вращая коленвал. Для того, чтобы цилиндр с поршнем образовывали герметичное сопряжение, поршень имеет уплотнительные кольца. Верхние кольца не пропускают сгоревшие газы и называются компрессионными. Нижнее, третье кольцо снимает излишек масла со стенок цилиндра и называется маслосъёмным. Кольцо сделано не сплошным по своему периметру, а имеет разрез. За счет этого кольцо имеет возможность, во-первых, не заклинивать при своем нагреве от трения, и во-вторых иметь силу упругого прижатия к стенкам цилиндра. При более подробном рассмотрении конструкции выясняются нюансы. Из какого материала лучше всего изготавливать поршневые кольца? Верхнее компрессионное кольцо нагревается сильнее и его лучше всего изготавливать из легированной стали. Поверхность верхнего кольца хромируют для износостойкости. Нижнее кольцо часто делают из чугуна. Чтобы кольцо не заклинивало в цилиндре при нагреве необходимо оставлять небольшой зазор в замке 0,3-0,6 милиметров. Большой зазор приводит к негерметичности, но это не так страшно при чрезмерно малом зазоре. Из-за "жадности" некоторых мотористов маловатый зазор в замке кольца приводит к большим повреждениям в цилиндре. Нижнее поршневое кольцо помогает маслосъёмному кольцу снимать масло. Для качественной работы по съему масла кольцо должно соскребать масло при ходе вниз и "парить" над масляной пленкой при ходе вверх. Подобным эффектом обладают охотничьи лыжи, подбитые мехом. Асимметрия поршневого кольца помогает организовать эффект насосного действия кольца (см. рис.1). Правильная установка кольца производится по меткам "верх" или "top". Если поставить кольцо неправильно, будет перерасход масла, но несколько меньший износ поршневой группы деталей.

Замки колец должны смотреть в разные стороны и не быть в плоскости качания шатуна. Образуется своеобразный лабиринт для прорывающихся газов. Таким образом обеспечивается наибольшая компрессия. Для каждого диаметра цилиндра необходимо использовать свой размер поршневых колец. Кольца соседнего ремонтного размера или не встанут на место, либо зазоры в замке будут чрезмерными. Износ цилиндра сильно нарушает работу колец. У новой гильзы при скольжении поршня с кольцами вверх-вниз гильза имеет одинаковый диаметр по всей высоте и кольца с одинаковой силой прижимаются к стенкам по всей высоте. Прорыва газов не происходит. При износе двигателя гильза сильнее изнашивается в центральной части и меньше с краю. Гильза приобретает бочкообразность и при больших частотах вращения кольца виснут в воздухе, не успевая повторять профиль гильзы. Мощность двигателя снижается. Даже надеть кольца на поршни двигателя – задача непростая, ведь поршневые кольца очень хрупкие. Монтаж колец на поршень многие мотористы производят «винтом», чтобы кольцо своей формой напоминало виток резьбы и сначала в канавку поршня войдёт одна часть кольца, потом – оставшаяся (см. рис.2). Впрочем, о кольцах можно рассказывать на 30 страницах – и будет все мало. Я уж сознательно не буду рассказывать о том, кольца каких заводов лучше, каких хуже. Это уж как-нибудь потом, если попросите.

Случай первый

Представленный на рекламацию  комплект поршневых колец с диаметром d=79,8 мм (второй ремонтный размер) был приобретён в магазине для установки на автомобиль ВАЗ-21053  «Жигули». При предъявлении рекламации были высказаны претензии на качество товара и предъявлены обломки поршневого кольца (см. рис.3). По утверждению покупателя поршневое кольцо распалось на несколько частей в момент установки его в гильзу.

Внешний осмотр частей детали выявил механические повреждения на одном торце поршневого кольца. При 20-и кратном увеличении торца поршневого кольца стали отчетливо видны следы абразивного инструмента. Очевидно, что данное кольцо подвергалось механической обработке на наждачном круге с целью установки на поршень иного размера, чем это рекомендовано заводом-изготовителем. На втором торце таких следов нет! Как можно на «наждаке» обработать только один торец поршневого кольца, не затронув другой торец? Ведь шлифкруг достаточно толстый, чтобы им пролезть в замок поршневого кольца и сточить только одну сторону. Правильно! Для этого надо будет хрупкое кольцо коробчатого сечения изогнуть «винтом», как при монтаже. При такой нагрузке немудрена и поломка! На поверхности излома кольца имеются следы вибрационных микроперемещений, как следствие постепенного разрушения при обработке наждачным кругом.

Следует особо отметить, что поршневые кольца изготавливаются из чугуна, который по своей природе хрупок и не терпит неквалифицированного обращения. Более того, подтачивание торцов поршневых колец недопустимо и у стальных поршневых колец.  

Случай второй

Представленный на рекламацию  комплект поршневых колец поршневых колец SM  с диаметром d=79,8 мм (второй ремонтный размер) был приобретён в магазине для установки на автомобиль ВАЗ-2106   «Жигули». При предъявлении рекламации были высказаны претензии на повышенный расход масла двигателем после ремонта.

Внешний осмотр деталей механических повреждений не выявил. На поверхности колец имеются следы приработки с незначительным износом. Для контроля размеров колец была изготовлена оправка с внутренним диаметром 79,8±0,003 мм. При поочерёдной установке колец в оправку зазор в замке колец не превышал 0,55 мм у верхних колец комплекта, 0,65 мм – нижних колец и 0,6 мм маслосъёмных. Оценка зазора проводилась щупом. Величины зазоров не превышают предельные значения для деталей, бывших в употреблении. Следовательно, перерасход масла в двигателе имел место по другой причине.

Следует особо отметить, что подобная картина  перерасхода масла всегда наблюдается в случае неправильной установки колец. Нижнее компрессионное кольцо должно устанавливаться стороной с надписью «top» (верх) к днищу поршня. Если нет меток, то моторист должен ориентироваться по фаске кольца и руководству по ремонту данного двигателя.

Случай третий

И я бы сказал – неоднократный. То из одного магазина привезут такой блок цилиндров, то из другого. На гильзах огромный износ, задиры. Кольца странного вида, в оспах, будто побитые метеоритами (см. рис). Первый случай меня заставил поначалу измерять твердость чугунного блока цилиндра. Хотя какая уж там твердость у чугуна! Так, единиц двести по Бринеллю… Причина нашлась в тех же кольцах. Какой зазор был в замках – определить почти невозможно, ведь поверхность сильно износилась. Но выручила наблюдательность продавца. На чеке пробита цена колец размером 79,8 мм, а купленный блок цилиндров был новым, с размером цилиндра 79,0 мм. Зачем было покупать кольца второго ремонтного размера вместо номинального? Дело в том, что эти кольца почему-то были дешевле на двести с лишним рублей, по сравнению с новыми. Моторист надумал сточить замки колец, чтобы кольца поместились в цилиндр. Сделал он это мало того, что неаккуратно (см. фотографию) так и еще в силу непонятной запасливости решил зазоры сделать мизерными. Мол, так кольца будут дольше изнашиваться до предельного значения. На практике получилось все наоборот. Как только кольца нагрелись, их концы уперлись друг в друга из-за отсутствия зазоров. Кольцо оказалось прижатым к цилиндру с огромной силой. Начался большой износ с перегревом. Боковая поверхность раскаленных колец даже скопировала все частички нагара и грязи. Можно сказать, что двойная жадность владельца машины и моториста породила огромные убытки. Неприятно только то, что свои промахи эти люди сознательно хотели переложить на плечи магазина.

Вывод

В конструкции двигателя нет мелочей. И конечно, простой автолюбитель всё это знать не может. Да и не должен. Если он хочет ездить на качественно отремонтированном автомобиле, пусть нанимает квалифицированного специалиста или ремонтирует машину в нормальном автосервисе. Нет денег – пусть обкладывается книгами и делает ремонт сам, если нет возможности заработать побольше. Третьего не дано. А любознательным я посоветую прочитать книги, которыми пользовался при подготовке материала. Интереснее и полезнее любого детектива.

Литература

Волгин В.В. Ремонтируем двигатели своими руками. М.: издательство «Ливр», 1998 – 144 с.