Поршневые кольца

Поршень, перекрывающий поперечное сечение цилиндра, должен быть устроен так, чтобы через зазор между поршнем и стенками цилиндра в картер дизеля не проникали газы. Утечка газов приведет к снижению мощности дизеля. Кроме того, газы, проходя через зазор, вызовут местный перерыв стенок цилиндровой втулки и выгорание масла. Это повлечет за собой интенсивный износ втулки и поршня.  Утечка  же воздуха  при ходе сжатия приведет к снижению экономичности, а температура, в камере сгорания может оказаться недостаточной для воспламенения топлива. Для чего в таком случае нужен зазор? Если его не предусмотреть, то во время работы дизеля поршень расширится и его заклинит в цилиндровой втулке; зеркало ее и боковая поверхность поршня будут повреждены. Чтобы этого избежать, между поршнем и втулкой цилиндра приходится оставлять зазор, а конструкцию поршня несколько усложнять: и а его поверхности протачивают кольцевые канавки (ручьи) (см. рис. 44), в которые вставляют упругие (пружинящие) уплотнительные кольца (рис. 45).

Рис. 45 Кольца поршня дизеля 10Д100

Первое требование к кольцам — это плотное прилегание к канавкам поршня и боковой поверхности цилиндровой втулки. В свободном состоянии диаметр кольца больше, чем диаметр втулки: все кольца имеют разрез - замок (см. рис. 45). Замок позволяет разжать кольцо и в таком состоящий надеть его на поршень. Такие упругие кольца, заведенные вместе с поршнем во втулку, подобно пружине стремятся разжаться и при этом плотно прилегают к стенкам цилиндровой втулки. В сжатом состоянии в месте стыка концы кольца сходятся. Формы замков бывают разными. Наибольшее распространение получили косые замки. Под давлением воздуха и газов кольца плотно прижимаются к канавкам поршня и, кроме того, прижимаются к боковой поверхности втулки, обеспечивая достаточную герметичность (уплотнение)  внутри цилиндра.  Когда в процессе работы зазор между поршнем и цилиндровой втулкой вследствие износа увеличивается, поршневые кольца, будучи упругими, разжимаются, чем достигается самоуплотнение их во втулке. Уплотнительные (компрессионные) кольца размещены в верхней части поршня, а самое верхнее - вблизи днища поршня. Поршни дизелей 1 ОД 100, 2Д100, 14Д40, 11Д45 имеют по четыре канавки для уплотнительных колец, поршни дизелей Д49 и Д70 — по три канавки, а поршни дизелей 2Д50 и Д50 - по пять. Несколько колец, расположенных рядом, создают лучшую преграду (по сравнению с одним кольцом) против проникновения (пробоя) газов в картер дизеля (во время рабочего хода поршня) и против утечки воздуха из цилиндра (во время сжатия). Работа уплотнительных колец сопровождается интересным явлением. Взгляните на рис. 46, а.

Рис. 46. Схема насосного действия уплотнительных колец

Когда поршень начинает перемещаться вниз, уплотнительные кольца прижимаются к верхней плоскости канавки поршня так, что между нижней и боковой плоскостями каждого кольца и канавками образуется, свободное пространство, которое заполняется маслом. При движении поршня вверх (рис. 46, б) кольца прижимаются к нижней плоскости канавок, и они выжимают попавшее в канавки масло кверху, в камеру   сгорания. Масло, находившееся под кольцом, оказывается над кольцом. Получается, что поршневые кольца, прижимаясь поочередно к верхней и к нижней плоскостям канавок, то засасывают  масло,   то   постепенно  вытесняют его (рис. 46, в) в камеру сгорания подобно насосу. «Насосное действие» колец настолько сильно, что на внутреннюю поверхность цилиндра поступает масла больше, чем требуется, а это нежелательно, так как избыток масла попадает в камеру сгорания, оставаясь на стенках цилиндра. Масло подвергается нагреву от горячих газов. Так как оно находится на относительно холодных стенках, то полностью не сгорает и превращается в смолистое вещество, которое в виде нагара после остановки дизеля затвердевает на головке поршня, забивает канавки в зазорах между поршнем и поршневыми кольцами, ухудшает подвижность уплотнителышх  колец. Нижняя часть зеркала цилиндровой втулки покрывается слоем масла, попадающего на стенки втулки через зазоры подшипников шатунно-кривошипного механизма путем разбрызгивания. Как же снять с зеркала втулки избыток масла? Для этого поршень снабжают еще двумя-тремя маслосъемными (или маслосрезывающими) кольцами, устанавливаемыми в нижней части поршня. Конструктивно маслосъемные кольца отличаются от уплотнительных еще и тем, что имеют скошенную острую кромку (рис. 47), которой при движении поршня вниз от камеры сгорания) они соскабливают масло со стенок цилиндровой втулки. Дальше через сквозные щели в кольце и каналы в кольцевых канавках поршня масло стекает в  картер дизеля.

Рис. 47. Схема работы маслосъемного кольца

При обратном ходе, когда поршень движется вверх к камере сгорания, кольцо своими скошенными поверхностями скользит по масляной пленке, но не может его увлечь. Поршень дизеля 10Д100 наряду с масло-съемными кольцами, имеющими щели, снабжен также кольцами без щелей. В последнем случае масло, срезаемое кольцом, стекает в картер через  отверстия в теле  поршня.