W każdym nowoczesnym silniku tłokowym znajdują się części zapewniające szczelność komory spalania i smarowanie cylindrów - pierścienie tłokowe.Przeczytaj wszystko o pierścieniach tłokowych, ich istniejących typach, cechach konstrukcyjnych i działaniu, a także prawidłowym doborze i wymianie pierścieni w proponowanym artykule.
Co to są pierścienie tłokowe?
Pierścienie tłokowe - części zespołu cylinder-tłok (CPG) silnika spalinowego;metalowe zdejmowane pierścienie montowane na tłokach w celu uszczelnienia komory spalania, ograniczenia strat oleju silnikowego i zminimalizowania ilości gazów spalinowych przedostających się do skrzyni korbowej.
Dla normalnej pracy tłokowego silnika spalinowego niezwykle ważne jest, aby pod koniec suwu sprężania (kiedy tłok osiąga górny martwy punkt) w komorze spalania wytworzyło się ciśnienie przekraczające pewien minimalny poziom - parametr ten nazywa się kompresja.W przypadku silników benzynowych kompresja mieści się w przedziale 9-12 atmosfer, w przypadku silników Diesla parametr ten wynosi 22-32 atmosfer.Aby uzyskać niezbędną kompresję, należy zapewnić uszczelnienie komory spalania - problem ten rozwiązują pierścienie tłokowe.
Pierścienie tłokowe spełniają kilka kluczowych funkcji:
● Uszczelnienie komory spalania – wielkość pierścienia dobierana jest dokładnie do wewnętrznej średnicy cylindra, co zapobiega przedostawaniu się gazów z komory spalania do skrzyni korbowej;
● Redukcja sił tarcia – powierzchnia tarcia pierścieni na ściankach cylindra jest znacznie mniejsza niż powierzchnia tłoka, co zmniejsza straty tarcia części CPG;
● Kompensacja rozszerzalności cieplnej materiałów CPG - tłoki i cylindry wykonywane są z różnych stopów o różnych współczynnikach rozszerzalności cieplnej, wprowadzenie pierścieni zapobiega zakleszczaniu się tłoków i zmianom kompresji wraz ze wzrostem i spadkiem temperatury silnika;
● Smarowanie ścianek cylindrów i usuwanie nadmiaru oleju (co zapobiega jego przedostawaniu się do komór spalania i zmniejsza straty oleju na skutek odpadów) - pierścienie specjalnej konstrukcji zapewniają usunięcie nadmiaru oleju ze ścian cylindrów powstałych podczas pracy silnika, ale pozostawić film olejowy niezbędny do zmniejszenia tarcia;
● Chłodzenie ścianek tłoka - część ciepła z tłoka jest odprowadzana do ścianek cylindra poprzez pierścienie.
Łatwo zauważyć, że pierścienie tłokowe odgrywają kluczową rolę w pracy CPG i funkcjonowaniu całego zespołu napędowego.Wszelkie awarie i zużycie pierścieni objawiają się utratą mocy silnika i ogólnym pogorszeniem jego działania, dlatego części te należy wymienić.Ale przed zakupem lub zamówieniem nowych pierścieni należy zrozumieć istniejące typy tych części, ich konstrukcję i cechy pracy.
Tłok i pierścienie tłokowe
Rodzaje, budowa i zasada działania pierścieni tłokowych
Na jednym tłoku montowane są dwa rodzaje pierścieni:
● Kompresja (górna);
● Zgarniaki oleju (dolne).
Wszystkie pierścienie są umieszczone w poprzecznych rowkach (rowkach) o profilu prostokątnym, wykonanych bliżej denka tłoka.Pierścienie różnych typów różnią się konstrukcją i przeznaczeniem.
Pierścienie uszczelniające zapewniają uszczelnienie komory spalania, na jeden tłok można zamontować jeden, dwa lub trzy pierścienie (jeden w dwusuwowych silnikach spalinowych motocykli, dwa w większości nowoczesnych silników czterosuwowych, trzy w niektórych silnikach Diesla), znajdują się w górnej części tłoka.Konstrukcyjnie pierścienie zaciskowe są bardzo proste: jest to metalowy pierścień zdejmowany, którego krój wykonany jest w formie prostego (prostego, ukośnego) lub złożonego zamka, na niektórych pierścieniach w zamku znajduje się wgłębienie na korek.Zamek ma małą szczelinę (kilka mikrometrów), która służy do kompensacji rozszerzalności cieplnej części podczas pracy silnika.
Pierścienie wykonywane są ze stali lub specjalnych gatunków żeliwa, ich powierzchnia zewnętrzna (robocza) może mieć inny profil:
● Płaskie proste – w tym przypadku pierścień ma przekrój prostokątny lub przekrój w kształcie nieregularnego czworoboku;
● Promień (beczkowaty) – zewnętrzna powierzchnia pierścienia jest łukiem koła o dużym promieniu;
● Z fazką - na powierzchni zewnętrznej wykonuje się fazkę o małej wysokości;
● Pierścienie „minutowe” – powierzchnia zewnętrzna ma nachylenie ku górze, kąt nachylenia wynosi kilkadziesiąt minut kątowych, od czego pierścienie otrzymały swoją nazwę.
Płaski profil posiada górne pierścienie dociskowe, które zmuszone są pracować w wysokich temperaturach i ciśnieniach w warunkach niedostatecznego smarowania.Aby zmniejszyć zużycie, powierzchnia robocza części jest chromowana, fosforanowana, pokryta cyną lub poddana innej obróbce.Taki pierścień podczas pracy całkowicie przylega do lustra cylindra, zapewniając uszczelnienie i odprowadzanie ciepła z tłoka.
Dolne pierścienie często mają bardziej złożony profil.Pierścienie lufy charakteryzują się mniejszymi oporami tarcia przy zachowaniu wystarczającego stopnia uszczelnienia.Pierścienie „minutowe” dzięki nachyleniu powierzchni roboczej zmniejszają siły tarcia: podczas ruchu tłoka w dół (w przypadku skoku roboczego) pierścień ślizga się po zwierciadle cylindra swoją zaostrzoną krawędzią, a podczas ruchu w górę pierścień jest wyciśnięty z lusterka cylindra na skutek powstałego klina olejowego.
Pierścienie zgarniające olej zapewniają prawidłowe rozprowadzenie filmu olejowego na powierzchni cylindra oraz zapobiegają przedostawaniu się oleju do komory spalania (usuwają go z lusterka cylindra).Na jednym tłoku zastosowano tylko jeden pierścień, części te nie znajdują się na tłokach silników dwusuwowych (ponieważ olej dodaje się bezpośrednio do benzyny).Zwykle pierścienie zgarniające olej mają konstrukcję kompozytową, która obejmuje same pierścienie i ekspandery.
Pierścienie tłokowe i ich schemat działania
Pierścienie zgarniające olej to:
● Jednoczęściowy - pierścień w kształcie litery U skierowany od podstawy do tłoka.U podstawy znajduje się szereg okrągłych lub wydłużonych otworów, przez które odprowadzany jest olej;
● Kompozytowy – stosuje się dwa cienkie (dzielone) pierścienie, pomiędzy którymi znajduje się element dystansowy.
Elementy dystansowe to:
● Promieniowy – zapewnia docisk pierścieni do ścianki cylindra;
● Osiowy - stosowany wyłącznie w połączeniu z pierścieniami kompozytowymi, zapewnia rozluźnienie pierścieni;
● Styczne - połączone elementy dystansowe, zapewniają jednoczesne rozszerzanie pierścieni i ich docisk do ścianki cylindra.
Elementami dystansowymi są sprężyny płytkowe (płaskie) lub spiralne osadzone pomiędzy lub pod pierścieniami, w pierścieniu zgarniającym olej można zastosować tylko jedną lub dwie sprężyny różnego typu.
Pierścień zgarniający olej dociskany jest do ścianki cylindra i dzięki swojej konstrukcji zapewnia usunięcie nadmiaru filmu olejowego.Zebrany olej dostaje się do rowka przez otwory w pierścieniu, skąd spływa do skrzyni korbowej silnika przez otwory w ściance tłoka.Jednocześnie część oleju pozostaje w postaci cienkiego filmu olejowego na ściance cylindra, co zmniejsza tarcie w całym CPG.
Jak wybrać i wymienić pierścienie tłokowe
Podczas pracy silnika pierścienie tłokowe poddawane są znacznym obciążeniom mechanicznym i termicznym, co prowadzi do ich stopniowego zużycia i utraty wydajności.W miarę zużywania się pierścieni przestają spełniać swoje funkcje, co prowadzi do zmniejszenia kompresji, przedostawania się gazów do skrzyni korbowej i oleju do komory spalania.Poważnym problemem jest także „koksowanie” pierścieni (zacinanie się na skutek gromadzenia się osadów węglowych w rowkach tłoka).W rezultacie silnik traci moc i reakcję przepustnicy, wydech nabiera charakterystycznego szarego lub nawet czarnego zabarwienia, wzrasta zużycie paliwa i oleju.Kiedy pojawią się te znaki, należy zdiagnozować silnik - sprawdzić kompresję, sprawdzić świece i inne części.Jeśli kompresja jest zbyt niska, świece są zalane olejem i pojawiają się problemy z pracą jednostki napędowej, należy wymienić pierścienie tłokowe.
Do wymiany należy wybierać pierścienie tylko tych typów i numerów katalogowych, które są przewidziane dla tego konkretnego silnika.Należy pamiętać, że po wykonaniu remontu kapitalnego silnika z wytaczanymi cylindrami konieczne jest zastosowanie pierścieni naprawczych o wymiarach odpowiednich dla nowych tłoków.
Wymianę pierścieni należy przeprowadzić zgodnie z instrukcją naprawy zespołu napędowego.Ogólnie rzecz biorąc, praca ta wymaga demontażu silnika i wgłębienia tłoków.Stare pierścienie są usuwane, a rowki dokładnie czyszczone.Nowe pierścienie należy umieścić zgodnie z instrukcjami umieszczonymi na nich znakami „Góra” lub „Góra”.Podczas montażu pierścieni sprawdzane są szczeliny między powierzchnią boczną części a ścianą rowka w tłoku, a także w zamku pierścienia włożonego do cylindra.Wszystkie luzy muszą mieścić się w granicach ustalonych dla silnika.Pierścienie są umieszczone na tłoku tak, aby ich zamki nie leżały na tej samej linii i nie opadały na oś otworów palcowych - w ten sposób tworzy się labirynt, który zapobiega przedostawaniu się gazów z komory spalania.
Przy montażu tłoka z nowymi pierścieniami w cylindrze należy zastosować specjalny trzpień, który dociska pierścienie do tłoka.Po wymianie pierścieni tłokowych zaleca się dotarcie silnika - przez pierwsze 800-1000 km nie zawyżać prędkości i nie obciążać silnika na połowę mocy, pod koniec docierania wymienić olej silnikowy .
Przy właściwym wyborze i wymianie pierścieni tłokowych silnik odzyska dawną moc i będzie pewnie pracował we wszystkich trybach.
Czas publikacji: 13 lipca 2023 r