Подбор поршневых колец: размеры и материалы изготовления

Взаимозаименяемость поршневых колец — Энциклопедия японских машин

При ремонте двигателей автомобилей различных марок и моделей иногда возникают ситуации, когда нужной детали найти быстро не удается. Как правило, это означает, что нужно делать заказ, — и тогда требуемую деталь можно получить только через 5 — 12 дней из-за границы. В некоторых случаях подобный срок может оказаться нежелательным или даже неприемлемым. А есть ли способ найти альтернативные решения?

Оказывается, да, есть. По некоторым моторным деталям прослеживается явная аналогия их основных размеров у двигателей, выпускаемых или выпускавшихся различными фирмами. Например, поршневые кольца различных моделей двигателей в ряде случаев частично или полностью взаимозаменяемы. А это значит, что круг поисков существенно расширяется и вероятность найти нужные кольца значительно увеличивается. Тем более что номенклатура поршневых колец, выпускаемых различными фирмами, если не безгранична, то, по меньшей мере, огромна.

Конечно, «крутые» профессионалы, «фыркающие» при одном лишь виде детали, не имеющей «фирменной» упаковки компании-изготовителя автомобиля, могут обвинить автора в непрофессионализме и многих других смертных грехах. Так вот, этот материал — не для них. Лучше пусть займутся своим делом — заменой коленчатых валов, шатунов, блоков или головок цилиндров, которые они боятся ремонтировать, даже если те имеют незначительные дефекты. Для остальных же сообщаем некоторые подробности.

Основными размерами, по которым можно подобрать поршневые кольца, являются их высота и, конечно, диаметр цилиндра. Если найден вариант, имеющий такие же размеры, то с вероятностью 90 — 95% он подойдет. Но, чтобы быть уверенным на все 100% , нужно еще учесть следующее.

— Радиальная ширина выбранных колец должна соответствовать канавкам поршня, то есть нужно, чтобы глубина канавок не оказалась слишком малой. В подавляющем большинстве случаев компрессионные кольца у различных двигателей имеют очень близкую радиальную ширину и практически всегда подходят, чего нельзя сказать о маслосъемных кольцах. Для последних вряд ли, например, удастся замена штатного наборного кольца с двухфункциональным расширителем на коробчатое (см. «АБС-авто», июль 1998 г.), которое имеет значительно большую ширину. Поэтому помимо размеров при подборе колец необходимо уточнить их конструкцию, а лучше всего — их радиальную ширину по специальным каталогам фирм-производителей колец (Federal Mogul, Goetze, Kolbensсhmidt, Perfect Circle и другие).

Раскоксовка поршневых колец

Если мотор начинает дымить, есть вероятность, что в канавках поршней залегли кольца. В наше время есть немало различных современных средств для раскоксовки поршневых колец, и многие водители используют их для восстановления работоспособности мотора. Среди наиболее популярных составов можно отметить:

• Nitrox Power;
• ЛАВР МЛ-202;
• Титан;
• LIQUI MOLY;
• WYNN’S.

Автомобилисты полагают – если движок задымил, нужно воспользоваться средство для раскоксовки, и мотор заработает в прежнем режиме, без расхода масла и без дыма. Действительно, иногда эти средства помогают, но только лишь в тех случаях, когда мотор долго простоял без движения (например, после зимы), и от влаги в нем залегли ПК. Если машина подлежит длительной консервации (ставится в гараж на зимнее хранение) следует вывернуть свечи зажигания и в цилиндры залить масло, а свечные отверстия заткнуть чопиками. При такой профилактике и свечи не отсыреют, и на гильзах не скопиться ржавчина.

Но если все-таки забывчивый автовладелец не предпринял меры профилактики, можно воспользоваться средством для раскоксовки. От ржавчины в цилиндрах избавляемся следующим образом:

• сдергиваем высоковольтные провода;
• выкручиваем все свечи зажигания;
• проворачиваем коленчатый вал так, чтобы все поршни находились в среднем положении;
• в каждый цилиндр заливаем по 45 мл жидкости, наживляем свечи зажигания;
• оставляем «отмокать» цилиндры на 6-7 часов;
• зачем выворачиваем свечи, несколько оборотов прокручиваем стартером, чтобы вся грязь из двигателя вылетела;
• снятые детали устанавливаем на место, запускаем мотор. Первое время он может сильно дымить, но затем дым пройдет.

Автовладельцам следует помнить, что раскоксовка не является панацеей от всех бед, и если поршневые кольца изношены, то поможет только их замена.

При ремонте двигателей автомобилей различных марок и моделей иногда возникают ситуации, когда нужной детали найти быстро не удается. Как правило, это означает, что нужно делать заказ, — и тогда требуемую деталь можно получить только через 5 — 12 дней из-за границы. В некоторых случаях подобный срок может оказаться нежелательным или даже неприемлемым. А есть ли способ найти альтернативные решения?

Поршневые кольца

Поршневые кольца — кольца незамкнутого типа, которые устанавливаются с минимальным зазором в специальных канавках, выполненных на внешней поверхности поршня. Поршневые кольца являются уплотнительным элементом ЦПГ, посредством которого удается добиться необходимой герметизации камеры сгорания в устройстве поршневых двигателей.

Поршневые кольца бывают двух типов:

• компрессионные поршневые кольца;
• маслосъемные поршневые кольца;

Современные бензиновые и дизельные двигатели обычно имеют 3 кольца:

• первое (верхнее) компрессионное кольцо;
• второе (нижнее) компрессионное кольцо;
• маслосъемное кольцо;

Высокофорсированные бензиновые агрегаты могут иметь только 1 компрессионное кольцо, в то время как на поршне дизельного мотора могут быть установлены 3 компрессионных кольца.

1. Применение компрессионного поршневого кольца позволяет реализовать скользящее герметичное соединение и создать эффективное уплотнение лабиринтного типа между поршнем и стенками цилиндра. Благодаря использованию компрессионных поршневых колец удается избежать прорыва отработавших газов из камеры сгорания в избыточном количестве. Допустимым количеством прорывающихся газов на ДВС с исправной ЦПГ считается показатель до 1%.
2. Поршневые кольца дополнительно отвечают за регулирование количества моторного масла, которое остается на стенках цилиндров для смазывания самих колец и поршней, и препятствуют попаданию смазки в камеру сгорания. Указанную функцию выполняет маслосъемное, а также частично второе компрессионное кольцо.
3. Еще одной функцией поршневых колец является охлаждение поршней, которое обеспечивается благодаря отводу тепла от поршня путем передачи избытков нагрева на стенки цилиндров.

Кольца в цилиндрах двигателя работают в крайне тяжелых условиях, так как постоянно испытывают серьезные механические и тепловые нагрузки. По этой причине к материалу изготовления, конструкции поршневых колец и способу их крепления на поршне выдвигаются особые требования. Поршневые кольца изготавливаются из чугуна или упругой легированной стали. Для улучшенной износостойкости на поверхность компрессионного кольца в процессе производства наносят дополнительное покрытие. Материалом такого покрытия выступает хром или молибден.

Поршневые кольца имеют специальный замок. Замок поршневого кольца фактически представляет собой разрез. Благодаря такому замку упругое кольцо способно разжиматься и сжиматься подобно пружине.

Другими словами, поршневое кольцо представляет собой не окружность, а имеет дугообразную форму с зазором между концами в области разреза. После того, как поршневое кольцо устанавливается в цилиндр, происходит его сжатие. Зазор в области замка уменьшается до показателя 0.1- 0.5 мм, который определен конструкцией двигателя. При этом величина разреза не позволяет поршневому кольцу срываться с посадочного места на поршне.

Величина зазора поршневых колец для каждой модели двигателя является строго определенным параметром. Увеличение зазора поршневых колец приводит к разгерметизации и прорыву газов из камеры сгорания. Результатом становится потеря мощности двигателя. Уменьшение зазора поршневого кольца может привести к заклиниванию кольца в цилиндре двигателя после теплового расширения.

Заклинивание поршневых колец вызывает поломку самих колец, образование задиров на зеркале цилиндров и другие повреждения. Также некоторые производители предлагают специальные поршневые кольца без зазоров.

Маслосъемные кольца устанавливаются под компрессионными, отличаются более сложной конструкцией. Маслосъемное кольцо имеет форму короба с двумя гранями, а также внутренние щели. Грани выполняют функцию скребка, посредством которого лишнее масло удаляется со стенок цилиндра. Через щели маслосъемного кольца смазка отводится к поршневым дренажным отверстиям.

Среди наиболее распространенных неисправностей отмечается износ, разрушение и потеря подвижности поршневых колец. К ускоренному износу и разрушению часто приводит детонация и перегрев двигателя, потеря подвижности возникает в результате закоксовки поршневых колец. Подобная неисправность также называется залеганием поршневых колец, при этом первыми обычно залегают маслосъемные кольца.

Какие материалы применяются для изготовления поршневых колец

При изготовлении колец применяются различные материалы, такие, как чугун, нержавеющая сталь, хром и молибден. Чугун сочетает в себе невысокую стоимость и достаточно высокие эксплуатационные характеристики, чем вызвано его широкое распространение.

В состав нержавеющей стали входит большое количество хрома для увеличения жаростойкости и сопротивляемости износу. Благодаря этому кольца из «нержавейки», как и хромированные, лучше сопротивляются высоким температурам, нежели чугунные. Поскольку первое компрессионное кольцо работает в условиях недостатка смазки, необходимо учитывать и этот фактор при выборе материала для него. Как нельзя лучше для покрытия подходит все тот же хром. Хромированные изделия намного лучше сопротивляются истиранию.

Статья в тему: Трещина в блоке или головке блока цилиндров, симптомы, как определить и заделать

Молибден применяется в качестве покрытия рабочей части колец с целью увеличения их ресурса

Помимо этого, молибденовые поршневые кольца быстрее прирабатываются к стенкам цилиндров, что особенно важно в случае их замены при проведении капитального ремонта двигателя

Таблица номинальных размеров цилиндров и поршней

Размерная группа	Модель двигателя Ваз 2109 – 21099	Модель двигателя Ваз 2113 – 2115
Диаметр цилиндра мм	Диаметр поршня мм	Диаметр цилиндра мм	Диаметр поршня мм
A	76,00 – 76,01	75,965 – 75,975	82,00 – 82,01	81,965 – 81,975
B	76,01 – 76,02	75,975 – 75,985	82,01 – 82,02	81,975 – 81,980
C	76,01 – 76,03	75,985 – 75,995	82,02 – 82,03	81,980 – 81,985
D	76,03 – 76,04	75,995 – 76,000	82,03 – 82,04	81,985 – 81,995
E	76,04 – 76,05	76,000 – 76,005	82,04 – 82,05	81,995 – 82,000

По массе поршни сортируются на три группы: нормальную, увеличенную и уменьшенную на 5 г. Этим группам соответствует маркировка на днище поршня: «Г», «+» и «—».

На двигателе все поршни должны быть одной группы по массе. Поршни ремонтных размеров изготавливаются с увеличенным на 0,4 и 0,8 мм наружным диаметром.

Увеличению на 0,4 мм соответствует маркировка в виде треугольника, а увеличению на 0,8 мм — в виде квадрата. Стрелка на днище поршня показывает, как правильно ориентировать поршень при его установке в цилиндр. Она должна быть направлена в сторону привода распределительного вала.

Маркировка шатуна: 1 – класс шатуна по массе и по отверстию в верхней головке. 2 – номер цилиндра

Поршневой палец — стальной полый, плавающего типа, свободно вращается в бобышках поршня и втулке шатуна. В отверстии поршня палец фиксируется двумя стопорными кольцами. По наружному диаметру пальцы подразделяются на три класса через 0,004 мм. Класс маркируется краской на торце пальца: синяя метка — первый, зеленая — второй, а красная — третий класс.

Места, на которых допускается удалять металл, при подгонке головок шатуна

Поршневые кольца изготовлены из чугуна. Верхнее компрессионное кольцо — с хромированной бочкообразной наружной поверхностью. Нижнее компрессионное кольцо скребкового типа. Маслосъемное кольцо — с хромированными рабочими кромками и с разжимной витой пружиной. На кольцах ремонтных размеров ставится цифровая маркировка «40» или «80», что соответствует увеличению наружного диаметра на 0,4 или 0,8 мм.

Шатун — стальной, кованый. Шатун обрабатывается вместе с крышкой и поэтому они в отдельности невзаимозаменяемы. Чтобы при сборке не перепутать крышки и шатуны, на них клеймится номер 2 (рис. 5) цилиндра, в который они устанавливаются. В верхнюю головку шатуна запрессована сталебронзовая втулка.

По диаметру отверстия этой втулки шатуны подразделяются на три класса через 0,004 мм. Номер класса 1 клеймится на крышке шатуна. По массе верхней и нижней головок шатуны подразделяются на классы, маркируемые либо буквой, либо краской на крышке шатуна. На двигатель должны устанавливаться шатуны одного класса по массе.

Классы шатунов по массе верхней и нижней головок
Масса головок шатуна, г	Класс	Цвет маркировки
верхней	нижней
184+2	489+3 495+3 501+3	Ф Л Б	Красный Зеленый
188+2	489+3 495+3 501+3	Х М В
192+2	489+3 495+3 501+3	Ц Н Г	Голубой

Подгонять массу шатунов можно удалением металла с бобышек на верхней головке и на крышке до минимальных размеров 33 и 32 мм (рис. 6). После удаления металла с крышки шатуна на ней необходимо клеймить классы шатуна по отверстию под поршневой палец и по массе.

Как понять, что пришло время менять поршневые кольца

Когда значительно выросло потребление масла автомобилем, в цилиндрах упала компрессия. Прежде чем стремительно спешить в гараж нужно замерить компрессию, сначала на сухих цилиндрах и затем заливаем крышку от бутылочки масла и замеряем снова и сравниваем полученные результаты. Если показатели сухих цилиндров ниже, поршневые кольца подлежат замене.

Если нет, то кольца не при чем, и стоит обратить внимание на колпачки, клапана. Также при использовании низкосортного масла поршневые кольца могут залечь

Это явление встречается обычно у машин, чьи двигатели давно не эксплуатировались, либо эксплуатировались на совсем короткие расстояния.

Замена поршневых колец

На автомобилях ВАЗ, впрочем, как и на всех других моделях легковых автомашин, одни лишь поршневые кольца целесообразно менять только в том случае, если:

• в цилиндрах нет выработки;
• не имеет следов повреждения их внутренняя поверхность.

При значительном износе гильз требуется их расточка, а если до этого уже был последний размер, требуется перегильзовка блока цилиндров. Заменить ПК можно на любом вазовском моторе, не снимая ДВС, для этого потребуется снятие ГБЦ и масляного картера. ПК меняют в том случае, если зазор в стыках у них не превышает 1 мм.

Для примера рассмотрим замену поршневых колец на автомобиле ВАЗ-2114 с 8-клапанным ДВС, такую работу необходимо проводить на яме или автоподъемнике:

• выключаем зажигание, ставим КПП на нейтральную передачу, скидываем с АКБ минусовую клемму;
• сливаем тосол, снимаем корпус воздушного фильтра вместе с патрубком (гофрой инжектора);
• снимаем клапанную крышку, распредшестерню, ослабляем ремень ГРМ и отводим его в сторону;
• отсоединяем от ГБЦ в\в провода, патрубки системы охлаждения, откручиваем болты головки;
• раскручиваем гайки приемной трубы глушителя;
• полностью освобождаем ГБЦ от всех креплений, которые мешают ее снять, производим съем головки блока;
• если под двигателем есть защита, демонтируем ее;
• подставляем емкость под поддон двигателя, отворачиваем пробку на картере, сливаем масло;
• снимаем нижний лючок корпуса КПП (три болтика);
• головкой с воротком на 10 или торцевым ключом откручиваем все болты масляного поддона;
• демонтируем поддон, снимаем маслоприемник;
• отворачиваем гайки шатунов, снимаем нижние шатунные крышки, аккуратно выбиваем поршни с шатунами наверх. Поршни следует выбивать через выколотку из мягкого металла или через деревянный брус. Сначала нужно аккуратно выбить шатунный болт, не повредив на нем резьбу, затем выколотку наставить на торец шатуна – ни в коем случае нельзя бить по вкладышам или посадочному месту под ними;
• шатуны рекомендуется вынимать по одному, и сразу же на них наживлять крышки, между собой крышки путать нельзя, они назад ставятся строго по своим местам, и обязательно замок к замку;
• снимаем с поршней ПК, обломком старого кольца чистим поршневые канавки до чистого металла. Обязательно проверяем чистоту канавки по кругу, кокса в ней оставаться не должно;
• устанавливаем в канавки новые кольца, начинаем с нижнего МПК, затем ставим среднее компрессионное ПК, и в последнюю очередь верхнее. Для установки можно воспользоваться специальным приспособлением, но все же кольца удобнее ставить руками. Если МПК чугунные, их нельзя гнуть по своей оси, можно только аккуратно раздвигать. Компрессионные кольца выгибать тоже нужно аккуратно, по минимуму;
• устанавливаем на место поршень с помощью специальной оправки, забиваем деревянной ручкой молотка либо латунной или бронзовой выколоткой;
• ставим по одному поршню-шатуну, и тут же крепим на каждый шатунную крышку. Затяжку гаек шатунов следует выполнять динамометрическим ключом, усилие – от 4,5 до 5,5 кг;
• затем ставим все на место – маслоприемник, поддон двигателя, головку блока. Заливаем в радиатор тосол, масло в картер, для проверки запускаем мотор. После замены ПК ДВС может поначалу дымить и расходовать масло – движок необходимо обкатать приблизительно 2 тыс. км. Бывает так, что при кажущемся нормальном состоянии гильз ДВС продолжает дымить даже после замены колец после обкатки. В таком случае придется растачивать цилиндры и устанавливать ремонтную поршневую группу.

Инструкция по правильной установке поршневых колец на поршень

Ремонт автомобиля при желании и наличии свободного времени возможно выполнять самостоятельно. Владелец транспортного средства должен соблюдать схемы, порядок и последовательность инструкции.

Подготовка

Перед предстоящим монтажом колец проводят подготовительные мероприятия:

• снимают клеммы аккумулятора, чтобы двигатель был обесточен;
• сливают масло и антифриз;
• убирают крышку цилиндра и смотрят, в каком виде находятся гильзы;
• изучают руководство по эксплуатации, которое идет вместе с новыми запчастями.

Установка на поршень

Подготовка выполнена, можно приступить к монтажу колец на поршень, для этого его закрепляют в зажиме. Деталь будет прочно зафиксирована, и не понадобится сторонняя помощь. Далее убирают остатки нагара старой смазывающей жидкости с поршня. В противном случае кольца не ровно встанут. Необходимо соблюдать очередность установки комплекта. Маслосъемное идет первым:

• устанавливают пружину;
• сверху крепят само кольцо.

Затем второе и первое компрессионные. При установке главное не перестараться и не растянуть изделия, чтобы они не дали трещину. Для этого лучше использовать расширитель поршневых кругов. С помощью этого инструмента раздвигают детали до нужного размера и насаживают на поршень.

Важным моментом является соблюдение ориентирование изделий относительно поршня. Если пренебречь этим правилом, может ощутимо возрасти расхода топливной жидкости. Если верить инструкции, расположение замков поршневых колец друг от друга должно быть на 120°. Каждое кольцо имеет свою надпись с пометками. Верхние имеют маркировку «тор», и этой стороной кольцо и должно быть направлено в сторону днища поршня.

Установка поршней в цилиндр

Специальное зажимное приспособление используют для легкого входа поршня в цилиндр. Такое устройство можно сделать из железной банки или купить в магазине. Для лучшей проходимости его изнутри смазывают машинным маслом. Затягивать гайку прибора нужно, соблюдая меру, чтобы оно сдвигалось вокруг поршня от умеренной нагрузки.

Далее слегка постукивают молотком по приспособлению, чтобы оно хорошо встало на поршень. После его снимают с опоры и убирают бугель. Заранее смазанный свежим маслом шатун надевают на поршень. Устанавливать поршень нужно ровно. Ориентиром станут соседние, если их не снимали или установили раньше.

Далее крепится шатун. Тут тоже есть свои нюансы. Сначала наживляют шурупы стяжки вручную. Дальше можно воспользоваться динамометрическим ключом, и затянуть болты до конца. Но главное не перестараться, так как это может повлиять на работу двигателя.

В завершении собирают мотор и поддон картера возвращают на место.

Тепловой зазор поршневых колец

ПК представляют собой пружинные диски с одним разрезом – при установке на поршень они разжимаются, а в гильзе плотно прижимаются к ее стенкам. Чтобы достигалось максимальное сжатие рабочей смеси, стенки цилиндров должны быть максимально гладкими (без дефектов), а форма внутренней полости идеально круглой. На поршне ПК размещаются в специальных канавках, причем, они посажены неплотно, и на холодном поршне перемещаются в канавках свободно.

Поршневые кольца имеют тепловые зазоры:

• между ПК и канавкой;
• в стыке.

Зазоры обязательно должны быть определенными, если они больше или меньше положенного значения, поршневая группа быстро выйдет из строя. Следует учитывать тот фактор, что при нагреве металл расширяется, и если тепловой зазор ПК будет слишком маленьким, поршневая группа начнет перегреваться. При больших зазорах не обеспечивается герметичность, возникают потери мощности.

Для легковых автомобилей, как правило, устанавливаются следующие зазоры:

• между канавками и КПК – от 0,02 до 0,08 мм (для верхнего кольца зазор должен быть немного больше);
• между канавками и МПК – от 0,05 до 0,06 мм;
• на стыке – от 0,25 до 0,5 мм.

По мере износа зазоры в ПК увеличиваются, и они не должны превышать:

• между кольцом и канавкой – 0,15 мм;
• на стыке – 1,0 мм.