Pístní kroužky

Pístní kroužky  jsou otevřené kroužky, které jsou usazeny s nepatrnou [1] vůlí na výšku v drážkách na vnějších plochách pístů v pístových motorech (jako jsou spalovací motory nebo parní stroje ) a pístových kompresorech .

Funkce pístních kroužků

Pístní kroužky plní tři hlavní funkce [2] :

1. těsnění (utěsnění) spalovací komory (nebo expanzní komory). Kompresní kroužky udržují kompresi - s opotřebovanými, zlomenými nebo přilepenými kroužky motor ztratí výkon nebo se vůbec nespustí;
2. zvýšení přenosu tepla z pístu přes stěnu válce , zabránění přehřátí a odření pístu;
3. regulace tloušťky olejového filmu motoru na válci (u všech čtyřdobých motorů a u dvoudobých motorů s odděleným mazáním) [3] .

Uspořádání pístních kroužků

Materiál

Pístní kroužky jsou vyrobeny z vysoce kvalitní šedé nebo temperované litiny nebo legované oceli. Žáruvzdornost a pevnost v tahu oceli jsou vyšší, ale litina je levnější a snadno zaběhne i bez povlaku. Ocel je každopádně pokryta antifrikčním záběhem a často i tvrdým povlakem [4] .

Běžnou variantou je vrchní ocel potažená porézním chromem a cínem, druhou jsou litina s molybdenem nebo bez povrchové úpravy a litina na olejové škrabky nebo vrstvená ocel. V tomto případě je nejprve zaběhnut měkčí materiál druhého kroužku (molybden) a poté, jak jsou zaběhnuty hlavní funkce těsnění, přecházejí na odolnější chromovaný kroužek. Dřívější motory se servisním intervalem menším než 100 000 km měly zpravidla nepotažené litinové kroužky. Vzhledem k nízké přesnosti starších generací prstenů to bylo vynucené rozhodnutí. Navíc počet prstenů (4-6) a dokonce i jejich výška byla u raných návrhů větší. Velké motory mají větší počet kroužků, mimo jiné pro zlepšení odvodu tepla z pístu.

Typicky jsou horní kroužek a kroužek, který reguluje přívod maziva, potaženy chromem nebo cínem [5] nebo nitridy [6] , zejména pomocí plazmového nástřiku [7] nebo mají keramický povlak vytvořený pomocí PVD procesu [8]. . Pro zlepšení třecího výkonu a další zlepšení odolnosti proti opotřebení má mnoho moderních dieselových motorů horní pístní kroužek pokovený modifikovaným porézním chromem v procesu známém jako CKS [5] nebo GDC [5] , který obsahuje částice diamantu nebo oxidu hliníku . U některých typů motorů s niklovým nebo hliníkovým povrchem válce se používají pístní kroužky bez tvrdého povlaku. Porušení této podmínky vede k rychlé (zpravidla nenapravitelné) destrukci bloku .

Počet kroužků

Počet kroužků je určen dvěma konstrukčními faktory motoru: průměrnou rychlostí pístu a průměrným tlakem cyklu.

Čím vyšší je průměrná rychlost pístu, tím je na jedné straně větší ztráta v důsledku tření kroužků o stěny válců a na druhé straně tím kratší je doba působení tlaku plynu a tím menší je jejich průraz. přes kroužky. Z tohoto důvodu se u motorů s vysokou průměrnou rychlostí pístu (vysokorychlostní a dlouhozdvihové motory) používá minimální počet pístních kroužků. Pro benzínové motory - obvykle 2 kompresní a jedna škrabka na olej. U zvláště vysokootáčkových motorů může být obecně jeden kroužek. U dieselových motorů se obvykle používají 2 nebo 3 kompresní kroužky a jedna škrabka oleje. Například poměrně vysokorychlostní motor Toyota KD má 2 kompresní kroužky a středněrychlý YaMZ -238 má tři.

Čím vyšší je průměrný tlak cyklu, tím větší je průnik plynů přes pístní kroužky a podíl ztrát třením na celkovém výkonu motoru není velký. Proto se na motorech s vysokým průměrným tlakem cyklu (a to jsou téměř všechny středně a nízkorychlostní dieselové lokomotivy, lodní a stacionární dieselové motory) používá velké množství kroužků. Například u středněotáčkového vznětového motoru 5D49 má každý píst 5 kroužků, z nichž tři jsou kompresní a dva jsou škrabky oleje. Kromě toho jsou kroužky umístěny jak nad pístním čepem, tak pod ním. Píst pomaloběžné dvoudobé dieselové lokomotivy 10D100 (jmenovitá frekvence 750 ot/min) má ještě více kroužků. Je zde již 7 kroužků, z toho tři jsou pod pístním čepem. Velké, nízkootáčkové lodní dieselové motory mají až 14 kroužků pro každý píst.

Tlakový diagram

Každý prstenec je získán přesným řezáním litinové nebo ocelové trubky a obrobek má oválný průřez. Tím je zajištěn potřebný diagram tlaku kroužku na povrch válce, který zaručuje pevné usazení a spolehlivý záběh kroužku. U kulatého obrobku by po jeho odříznutí kroužky u zámku neseděly. Ve skutečnosti je u nového kroužku maximálního přítlaku dosaženo přesně u zámků, v určité vzdálenosti od nich je minimální a ve zbytku kroužku má průměrnou hodnotu. Kroužky v drážkách jsou natočeny tak, aby úhel mezi zámky byl stejný (120° pro 3 kroužky, 180° pro dva kroužky). V tomto případě se tlakové diagramy kroužků nebudou shodovat a opotřebení podél průměru se vyrovná. Navíc se takto získává labyrint , který snižuje průnik plynů [9] .

Materiál kroužků si musí zachovat potřebnou pružnost, protože kompresní kroužky nemají expandéry. Když je upevnění zajištěno, hlavní tlak na kroužek je zajištěn tlakem plynu. Aby se poněkud snížilo tření v takových podmínkách, měly prstence raných modelů zkosení na vnějším povrchu nahoře. V posledních letech bylo dosaženo snížení tření snížením výšky kroužků, ale kroužky mají stále orientaci pro instalaci ke koruně pístu (nápis "TOP"). Nesprávná orientace může zvýšit spotřebu oleje odpadem, a proto (za podmínek kontroly toxicity) znemožnit provoz motoru.

Hrad

Spoj nebo zámek mezi konci pístního kroužku po instalaci do válce je snížen na malou hodnotu. Zámková mezera je pro domácí[ upřesnit ] ICE podle návodu cca 0,45-0,6 mm na průměr pístu 100 mm u horních pístních kroužků, u olejových škrabek je o něco vyšší. Montážní mezera kroužku u dovážených motorů je přibližně 2x menší, protože lícování je zajištěno přesností výroby, což znamená ochranu proti přehřátí s případným uzavřením zámku. Ve skutečnosti jsou velké vůle uvedené v ruských pokynech pro motory VAZ, GAZ, IZH, YaMZ atd. nekorigovaným anachronismem, protože kvalita kroužků se od vývoje těchto motorů výrazně zlepšila [10] . U některých motorů se dříve používaly zámky se šikmým prstencem, což se dále nerozvíjelo.

Kompresní kroužky

Hlavní funkcí kompresních (horních) kroužků je utěsnění spalovací komory. Na pístu automobilu se obvykle neinstalují více než tři kompresní kroužky, protože stupeň zhutnění pístu se mírně zvyšuje a ztráty třením se zvyšují.

U dvoudobých benzínových motorů s proplachováním klikové komory jsou instalovány pouze kompresní kroužky. Kroužek v zámku odpovídá tvaru a umístění pojistného čepu (zabraňuje prasknutí kroužku při propadnutí zámku oknem, montuje se pouze na motory s okny ve válci).

Typicky je průřez kompresního pístního kroužku obdélníkový. Okraj kroužku má buď válcový profil (horní těsnicí kroužek), nebo zkosení, nebo tvar zužující se do přirozeného logaritmu (druhý těsnicí kroužek). Při provozu jsou kroužky díky mezeře v drážce poněkud zkroucené, což usnadňuje jejich záběh. Dříve se aktivně používaly tzv. „minutové“ kroužky, ale v posledních letech převládá sudovitý profil kroužků zajišťující menší spotřebu oleje [11] .

Kroužky na stírání oleje

U benzínových dvoudobých motorů s vyplachováním klikové komory nejsou stírací kroužky oleje potřeba. Speciální olej v takových motorech hoří spolu s palivem.

Olejové stírací kroužky jsou určeny k odstranění přebytečného motorového oleje , který maže povrch válce, pístu a o-kroužků. Kroužek je navržen tak, aby při sestupu pístu zanechával na povrchu válce film o velikosti pouze několika mikrometrů. Drážka pro stírací kroužek oleje na pístu má radiální otvory nebo štěrbiny, kterými se olej odstraněný ze stěny válce vrací do jímky .

Kroužky na stírání oleje mohou být litinové s drážkou (zobrazeno na spodní fotografii vlevo) nebo ocelové směsi s rozpěrnými pružinami. Kompozitní prstenec se skládá z tenkého horního a spodního prstence a dvou expandérů (radiálního a axiálního). Existují dvě verze takových expandérů: takzvané "nudle" a moderní, používající tvarovaný expandér. Kompozitní ocelové kroužky jsou o něco levnější na výrobu, takže jsou běžnější než litinové kroužky . Někdy jsou na pístu instalovány dva stírací kroužky oleje (lité nebo kompozitní). V poslední době jsou také litinové kroužky obvykle opatřeny pružinovým expandérem pro stabilizaci tlaku.

Zlomení nebo opotřebení kroužků v důsledku zatížení ve válci

Pístní kroužky podléhají opotřebení, když se pohybují nahoru a dolů s pístem ve válci. K opotřebení dochází jak v důsledku interakce s mechanickými částmi (stěny válce a pístové kanály), tak v důsledku vystavení horkým výfukovým plynům. Dochází také k chemickému opotřebení, protože palivo (zejména nafta) obsahuje síru . Aby se minimalizovalo opotřebení, jsou vyrobeny z materiálů odolných proti opotřebení, jako je litina, a jsou speciálně potaženy pro zvýšení odolnosti proti opotřebení . Existují také důkazy, že opotřebení kroužků je úměrné obsahu prachu ve vzduchu vstupujícím do válce [12] .

Kromě opotřebení se lze setkat s rozbitím prstence na více částí a také s podestýlkou ​​(koksováním) v důsledku toho, že se v drážce nahromadily nespálené částice sazí, oleje apod. Hlavními příčinami koksování jsou nízká kvalita použitého oleje, předčasná zvýšená spotřeba oleje v důsledku chybějících těsnění ventilů, nesprávná montáž sestavy stíracího kroužku oleje a další důvody. V některých případech (používání rostlinného oleje místo motorové nafty, „partyzán“ přilévání cukru do benzínu) je na vině palivo.

Ke ztrátě elasticity kroužků obvykle dochází v důsledku porušení režimu vloupání a / nebo špatné kvality padělaných pístních kroužků. Při špatném lícování a velkých průrazech horkých plynů prsten nevratně ztrácí svou elasticitu (sedí), s dalším následným zvýšením průrazu plynu a spotřeby oleje.

Při výrazném opotřebení drážky pístu se zvyšuje riziko zlomení horního pístního kroužku. Ve válci v důsledku objemového spalování (nafta) nebo detonace (jiskra) pravidelně procházejí válcem rázové vlny, které způsobují chvění a kolizi kroužku s drážkou. Čím vyšší je tedy mezera, tím vyšší je takové dynamické zatížení. Navíc, jak se drážky opotřebovávají a zvětšuje se mezera na spoji kroužků, zvyšuje se spotřeba oleje. Spotřeba oleje je tedy kritériem opravy pro výměnu pístních kroužků a (v mnoha případech) vrtání bloku .

Seřízení a montáž nových pístních kroužků

Po delším provozu vzniká ve válci motoru oválné opotřebení a schod v horní části válce, kam zasahuje horní kroužek. Kroužky i písty se opotřebovávají, postupně se zvyšuje průraz plynu a zvyšuje se spotřeba oleje. Je čas na střední nebo větší opravu.

Při generální opravě opotřebovaného válce je zpravidla vyvrtáván a / nebo honován , jsou instalovány nové opravné písty o něco většího průměru (u automobilových motorů je další velikost opravy obvykle o 0,5 mm větší) a kroužky opravné velikosti. V případě přijatelného stavu válců podléhají výměně kroužky a někdy i písty. Podle moderních předpisů není instalace kroužků pro další opravu s hrotem povolena, ale pro snížení nákladů na opravu se používá.

Poznámka: při instalaci kroužků příští opravy je nutné pečlivě zkontrolovat usazení na zrcadle. Obvykle po naostření a nastavení minimální mezery v kloubu je nutné mírně zapracovat na pístním kroužku v oblasti zámku podél vnějšího průměru (!), Lepší smirkovou tyčí. Pokud to není kontrolováno, po určitou dobu dojde ke zvýšené spotřebě oleje a zvýší se riziko přehřátí při vloupání.

Píst musí mít vůli ve válci podle návodu. Obvykle by měl píst mazaný motorovým olejem svou vlastní vahou snadno spadnout do válce (při pokojové teplotě). Pokud má píst těsnější uložení, pak tepelná roztažnost v důsledku zahřívání povede k oděru a snížení životnosti motoru. Na druhou stranu, pokud je mezera mezi pístem a stěnami válce příliš velká, během provozu bude slyšet klepání pístu a kvůli zvětšeným mezerám v zámcích kroužků se zdroj před opravou sníží. Samotné pístní kroužky mohou díky přítomnosti mezery změnit svůj průměr v malém rozsahu, což pomáhá předcházet zadření. Tato malá změna průměru je dostatečná pro kompenzaci tepelné roztažnosti a smršťování. Při vkládání kroužků bez pístu do nového nebo opraveného válce by měla být mezera asi 0,2-0,4 mm (přesnější údaje viz návod k obsluze) . Pokud je mezera menší - kroužky jsou podkopány pilníkem , pokud je více - jsou instalovány z větší opravné sady.

Kroužky se provádějí přes drážky tak, že se pod ně umístí tenké kovové destičky (několik kusů po obvodu) nebo se použije stahovák kroužků. Při instalaci pístu s kroužky do válce jsou tyto stlačeny pomocí trnu nebo domácí cínové svorky.

Poznámky

1. ↑ Zhruba desetiny milimetru pro kompresi a o něco méně pro zbytek. Viz Kirakovsky N.F., Glagolev N.M., Sheludko I.M. "Stacionární spalovací motory (řízení, seřizování, testování)" - 1955 - 404 s - С97-98
2. ↑ Pístní kroužky: typy, velikosti, mezery  (angl.) . mashintop.ru. Získáno 2. března 2018. Archivováno z originálu dne 3. března 2018.
3. ↑ Příručka pístních kroužků . - Federal-Mogul Burscheid GmbH, 2008. Archivovaná kopie (odkaz není k dispozici) . Získáno 10. února 2011. Archivováno z originálu 10. července 2011. (neurčitý) 
4. ↑ [ http://www.ngpedia.ru/id136920p1.html Materiál – pístní kroužek – Velká encyklopedie ropy a zemního plynu, článek, strana 1] . www.ngpedia.ru Získáno 3. března 2018. Archivováno z originálu dne 3. března 2018. (Ruština)
5. ↑ 1 2 3 Periferní nátěry odolné proti opotřebení (odkaz není k dispozici) . Federalmogul.com. Datum přístupu: 4. července 2010. Archivováno z originálu 14. července 2012. (neurčitý) 
6. ↑ Periferní nátěry odolné proti opotřebení (downlink) . Federalmogul.com. Datum přístupu: 4. července 2010. Archivováno z originálu 14. července 2012. (neurčitý) 
7. ↑ Periferní nátěry odolné proti opotřebení (downlink) . Federalmogul.com. Datum přístupu: 4. července 2010. Archivováno z originálu 14. července 2012. (neurčitý) 
8. ↑ Periferní nátěry odolné proti opotřebení (downlink) . Federalmogul.com. Datum přístupu: 4. července 2010. Archivováno z originálu 14. července 2012. (neurčitý) 
9. ↑ Výpočet pístního kroužku  (ruština) , Inzhzashchita - knihovna materiálů o inženýrské ochraně, geodézii, litologii. . Archivováno z originálu 3. března 2018. Staženo 3. března 2018.
10. ↑ Zdroj pístního kroužku YaMZ | Nákladní automobily a speciální zařízení . www.dymz.ru Datum přístupu: 28. února 2018. Archivováno z originálu 28. února 2018. (Ruština)
11. ↑ Oleg Gavrilovič Gončarov. Pístní kroužky spalovacího motoru. . kat.ru. Získáno 6. října 2018. Archivováno z originálu 19. února 2018. (neurčitý)
12. ↑ Opotřebení dílů skupiny válec-píst | Nákladní automobily a speciální zařízení . www.dymz.ru Získáno 6. října 2018. Archivováno z originálu dne 7. října 2018. (Ruština)

Slovníky a encyklopedie	Britannica (online)
V bibliografických katalozích	NDL : 00569120