Kolvringar

Kolvringar  är öppna ringar som sitter med ett litet [1] utrymme i höjdled i spår på de yttre ytorna av kolvar i kolvmotorer (som förbränningsmotorer eller ångmotorer ) och kolvkompressorer .

Funktioner hos kolvringar

Kolvringar utför tre huvudfunktioner [2] :

1. tätning (tätning) av förbränningskammaren (eller expansionskammaren). Kompressionsringar bibehåller kompression - med slitna, trasiga eller fastnade ringar kommer motorn att tappa kraft eller inte starta alls;
2. ökning av värmeöverföringen från kolven genom cylinderväggen , förhindrar överhettning och nötning av kolven;
3. reglering av tjockleken på motoroljefilmen på cylindern (i alla fyrtaktsmotorer och i tvåtaktsmotorer med separat smörjning) [3] .

Kolvringarrangemang

Material

Kolvringar är gjorda av högkvalitativt grått eller formbart gjutjärn eller legerat stål. Stålets värmebeständighet och draghållfasthet är högre, men gjutjärn är billigare och går lätt in även utan beläggning. I alla fall är stål täckt med en antifriktionsinkörning, och ofta med en hård beläggning [4] .

Ett vanligt alternativ är toppstål, belagt med poröst krom och tenn, de andra är molybdenbelagt eller obelagt gjutjärn, och oljeskrapa gjutjärn eller staplat stål. I det här fallet körs först det mjukare materialet i den andra ringen (molybden) in, och sedan, när huvudtätningsfunktionerna körs in, övergår de till en mer hållbar förkromad ring. Tidiga motorer med ett serviceintervall på mindre än 100 000 km hade i regel obelagda gjutjärnsringar. På grund av den låga noggrannheten hos äldre generationer av ringar var detta ett påtvingat beslut. Dessutom var antalet ringar (4-6) och till och med deras höjd större i tidiga design. Stora motorer har ett större antal ringar, bland annat för att förbättra värmeavledningen från kolven.

Typiskt är den övre ringen och ringen som reglerar smörjmedelstillförseln belagda med krom eller tenn [5] eller nitrider [6] , i synnerhet med plasmasprutning [7] eller har en keramisk beläggning skapad med PVD-processen [8] . För att förbättra friktionsprestanda och ytterligare förbättra slitstyrkan har många moderna dieselmotorer en toppkolvring pläterad med modifierat poröst krom i en process som kallas CKS [5] eller GDC [5] som har inneslutningar av diamant- eller aluminiumoxidpartiklar . I vissa typer av motorer, med en cylinderyta av nickel eller aluminium , används kolvringar utan hård beläggning. Brott mot detta tillstånd leder till snabb (vanligtvis oåterkallelig) förstörelse av blocket .

Antal ringar

Antalet ringar bestäms av två motordesignfaktorer: genomsnittlig kolvhastighet och genomsnittligt cykeltryck.

Ju högre genomsnittlig kolvhastighet, å ena sidan, desto större förlust på grund av friktionen av ringarna mot cylinderväggarna, och å andra sidan, desto kortare tid för gastrycket och, följaktligen, desto mindre deras genombrott. genom ringarna. Av denna anledning, för motorer med hög genomsnittlig kolvhastighet (höghastighets- och långtaktsmotorer), används ett minsta antal kolvringar. För bensinmotorer - vanligtvis 2 kompressions- och en oljeskrapa. På speciellt höghastighetsmotorer kan det finnas en ring i allmänhet. För dieselmotorer används vanligtvis 2 eller 3 kompressionsringar och en oljeskrapa. Till exempel har en ganska höghastighets Toyota KD -motor 2 kompressionsringar, och en medelhastighet YaMZ-238 har tre.

Ju högre cykelns medeltryck, desto större genombrott av gaser genom kolvringarna, och andelen friktionsförluster i den totala motoreffekten är inte stor. Därför används ett stort antal ringar på motorer med ett högt medeltryck av cykeln (och dessa är nästan alla medel- och låghastighetsdiesellokomotiv, marina och stationära dieselmotorer). Till exempel, på en 5D49 medium-speed dieselmotor, har varje kolv 5 ringar, varav tre är kompression och två är oljeskrapa. Dessutom är ringarna placerade både ovanför kolvtappen och under den. Kolven på ett låghastighets tvåtakts diesellokomotiv 10D100 (nominell frekvens 750 rpm) har ännu fler ringar. Det finns redan 7 ringar varav tre är under kolvtappen. Stora lågvarviga marina dieselmotorer har upp till 14 ringar för varje kolv.

Tryckdiagram

Varje ring erhålls genom exakt skärning av ett gjutjärns- eller stålrör, och arbetsstycket är ovalt i tvärsnitt. Detta ger det nödvändiga diagrammet över ringens tryck på cylinderns yta, vilket garanterar en tät passform och pålitlig inkörning av ringen. I fallet med ett runt arbetsstycke, efter att ha kapat det, skulle ringarna inte passa i låset. Faktum är att för den nya ringen uppnås det maximala kontakttrycket exakt vid låsen, på ett visst avstånd från dem är det minimalt, och i resten av ringen har det ett medelvärde. Ringarna i spåren är vridna på ett sådant sätt att vinkeln mellan låsen är lika stor (120° för 3 ringar, 180° för två ringar). I det här fallet kommer ringarnas tryckdiagram inte att sammanfalla, och slitaget längs diametern kommer att jämnas ut. Dessutom är det så här en labyrint erhålls , som minskar genombrottet av gaser [9] .

Ringarnas material måste behålla den nödvändiga elasticiteten, eftersom kompressionsringar inte har expanderare. När passningen är säkrad tillhandahålls huvudtrycket på ringen av gastrycket. För att minska friktionen något under sådana förhållanden hade ringarna på tidiga modeller avfasningar på den yttre ytan upptill. På senare år har friktionsminskning uppnåtts genom att minska höjden på ringarna, men ringarna har fortfarande en orientering för montering på kolvkronan (inskriptionen "TOP"). Felaktig orientering kan öka oljeförbrukningen genom avfall och därför (under toxicitetskontrollförhållanden) göra det omöjligt att köra motorn.

Slott

Ledningen eller låset mellan ändarna på kolvringen efter installation i cylindern reduceras till ett litet värde. Låsgapet är för inrikes[ förtydliga ] ICE, enligt instruktionerna, cirka 0,45-0,6 mm per kolvdiameter på 100 mm för de övre kolvringarna, för oljeskrapor är den något högre. Ringens monteringsgap för importerade motorer är ungefär 2 gånger mindre, eftersom passformen säkerställs av tillverkningsnoggrannhet, vilket innebär skydd mot överhettning med eventuell stängning av låset. Faktum är att de höga spelrum som anges i de ryska instruktionerna för motorerna VAZ, GAZ, IZH, YaMZ, etc. är en okorrigerad anakronism, eftersom kvaliteten på ringarna har förbättrats mycket sedan utvecklingen av dessa motorer [10] . I vissa motorer användes tidigare sneda ringlås, som inte utvecklades vidare.

Kompressionsringar

Huvudfunktionen hos kompressionsringarna (övre) är att täta förbränningskammaren. Mer än tre kompressionsringar är vanligtvis inte installerade på en bilkolv, eftersom graden av kolvkomprimering ökar något och friktionsförlusterna ökar.

På tvåtaktsbensinmotorer med vevkammare är endast kompressionsringar installerade. Ringen i låset motsvarar formen och placeringen av låsstiftet ( förhindrar att ringen går sönder om låset faller genom fönstret, det installeras endast på motorer med fönster i cylindern).

Typiskt är tvärsnittet av en kompressionskolvring rektangulär. Ringens kant har antingen en cylindrisk profil (övre tätningsring), eller en avfasning, eller en form som avsmalnar till en naturlig logaritm (andra tätningsringen). Under drift är ringarna något vridna på grund av spalten i spåret, vilket underlättar deras inkörning. Tidigare användes de så kallade "minut"-ringarna aktivt, men på senare år har ringarnas tunnformade profil segrat, vilket ger mindre oljeförbrukning [11] .

Oljeskraparar

I bensin tvåtaktsmotorer med vevkammarrening behövs inga oljeskrapor. Specialolja brinner i sådana motorer tillsammans med bränsle.

Oljeskrapor är utformade för att ta bort överflödig motorolja , som smörjer ytan på cylindern, kolven och o-ringarna. Ringen är utformad för att lämna en film av endast några mikrometer olja på cylinderytan när kolven sjunker. Oljeskrapans ringspår på kolven har radiella hål eller slitsar genom vilka oljan som avlägsnats från cylinderväggen går tillbaka till sumpen .

Oljeskrapor kan vara slitsade gjutjärn (visas på nedre bilden till vänster) eller stålblandning med expanderfjädrar. Kompositringen består av tunna övre och undre ringar och två expanderare (radial och axiell). Det finns två versioner av sådana expanderare: de så kallade "nudlarna" och moderna, med en figurerad expander. Kompositstålringar är något billigare att tillverka, så de är vanligare än gjutjärnsringar . Ibland är två oljeskraparar (gjutna eller komposit) installerade på kolven. På senare tid har gjutjärnsringar också vanligtvis försetts med en fjäderexpander för att stabilisera trycket.

Brott eller slitage på ringar på grund av belastningar i cylindern

Kolvringar utsätts för slitage när de rör sig upp och ner med kolven i cylindern. Slitage uppstår både på grund av samverkan med mekaniska delar (cylinderväggar och kolvkanaler), och på grund av exponering för heta avgaser. Det förekommer även kemiskt slitage, eftersom bränslet (särskilt diesel) innehåller svavel . För att minimera slitage är de tillverkade av slitstarka material som gjutjärn och är specialbelagda för att öka slitstyrkan . Det finns också bevis för att slitaget på ringarna är proportionellt mot dammhalten i luften som kommer in i cylindern [12] .

Förutom förslitning kan man stöta på att ringen går sönder i flera delar, liksom strö (koksning) på grund av att oförbrända partiklar av sot, olja etc har samlats i spåret.De främsta orsakerna till koksning är låg kvalitet på den använda oljan, alltför tidig ökad oljeförbrukning på grund av missade ventiltätningar, felaktig montering av oljeskraporingsenheten och andra orsaker. I vissa fall (användning av vegetabilisk olja istället för diesel, "gerilla" häller socker i bensin), är bränslet att skylla på.

Förlusten av elasticitet hos ringarna uppstår vanligtvis på grund av brott mot inbrottsregimen och / eller dålig kvalitet på förfalskade kolvringar. Med dålig passform och stora genombrott av heta gaser tappar ringen oåterkalleligt sin elasticitet (sitter), med ytterligare en efterföljande ökning av gasgenombrott och oljeförbrukning.

Vid betydande slitage på kolvspåret ökar risken för brott på den övre kolvringen. I cylindern, som ett resultat av volymetrisk förbränning (diesel) eller detonation (gnista), passerar stötvågor regelbundet genom cylindern, vilket orsakar vibrationer och kollision av ringen med spåret. Därför, ju högre gap, desto högre sådana dynamiska belastningar. Dessutom ökar oljeförbrukningen när spåren slits ut och spalten vid förbindelsen mellan ringarna ökar. Således är oljeförbrukning ett reparationskriterium för att byta kolvringar och (i många fall) blockborrning .

Justering och montering av nya kolvringar

Efter långvarig drift bildas ett ovalt slitage och ett steg i cylinderns övre del i motorcylindern, dit den övre ringen når. Både ringar och kolvar slits, gasgenombrottet ökar successivt och oljeförbrukningen ökar. Det är dags för en mellanliggande eller större översyn.

Vid översyn av en sliten cylinder utsätts den som regel för borrning och / eller honing , nya reparationskolvar med en något större diameter installeras (på bilmotorer är nästa reparationsstorlek vanligtvis 0,5 mm större) och reparationsstorleksringar. I fallet med ett acceptabelt tillstånd för cylindrarna är ringarna, och ibland kolvarna, föremål för utbyte. Enligt moderna regler är installationen av ringar för nästa reparation med en spets inte tillåten, men för att minska reparationskostnaderna används den.

Obs: när du installerar ringarna för nästa reparation är det nödvändigt att noggrant kontrollera passformen på spegeln. Vanligtvis, efter att ha slipat och ställt in det minsta gapet i fogen, är det nödvändigt att arbeta lite på kolvringen i området för låset längs den yttre diametern (!), Bättre med en smärgelstång. Om detta inte kontrolleras kommer det under en tid att bli ökad oljeförbrukning, och risken för överhettning vid inbrott ökar.

Kolven ska ha spelrum i cylindern enligt instruktionerna. Vanligtvis ska kolven som är smord med motorolja under sin egen vikt lätt falla ner i cylindern (vid rumstemperatur). Om kolven har en tätare passform, kommer termisk expansion på grund av uppvärmning att leda till nötning och en minskning av motorns livslängd. Å andra sidan, om gapet mellan kolven och cylinderväggarna är för stort, kommer kolvknackningar att höras under drift, och på grund av de ökade luckorna i ringarnas lås kommer resursen före reparation att minska. Kolvringarna själva, på grund av närvaron av ett gap, kan ändra sin diameter inom ett litet intervall, vilket hjälper till att undvika stopp. Denna lilla förändring i diameter är tillräcklig för att kompensera för termisk expansion och sammandragning. Om ringar utan kolv sätts in i en ny eller reparerad cylinder bör avståndet vara ca 0,2-0,4 mm (för mer specifik data, se bruksanvisningen) . Om gapet är mindre - undergrävs ringarna med en fil , om mer - de installeras från en större reparationssats.

Ringar bärs över spåren genom att placera tunna metallplattor under dem (flera bitar längs omkretsen), eller med hjälp av en ringavdragare. När du installerar en kolv med ringar i en cylinder, komprimeras de senare med hjälp av en dorn eller en hemmagjord plåtklämma.

Anteckningar

1. ↑ Ungefär tiondels millimeter för kompression, och lite mindre för resten. Se Kirakovsky N.F., Glagolev N.M., Sheludko I.M. "Stationära förbränningsmotorer (kontroll, justering, testning)" - 1955 - 404 s - С97-98
2. ↑ Kolvringar: typer, storlekar, mellanrum  (eng.) . mashintop.ru. Hämtad 2 mars 2018. Arkiverad från originalet 3 mars 2018.
3. ↑ Kolvringhandbok . - Federal-Mogul Burscheid GmbH, 2008. Arkiverad kopia (länk ej tillgänglig) . Hämtad 10 februari 2011. Arkiverad från originalet 10 juli 2011. (obestämd) 
4. ↑ [ http://www.ngpedia.ru/id136920p1.html Material - kolvring - Big Encyclopedia of Oil and Gas, artikel, sida 1] . www.ngpedia.ru Hämtad 3 mars 2018. Arkiverad från originalet 3 mars 2018. (ryska)
5. ↑ 1 2 3 Slitstarka perifera beläggningar (länk ej tillgänglig) . Federalmogul.com. Datum för åtkomst: 4 juli 2010. Arkiverad från originalet 14 juli 2012. (obestämd) 
6. ↑ Slitstarka perifera beläggningar (nedlänk) . Federalmogul.com. Datum för åtkomst: 4 juli 2010. Arkiverad från originalet 14 juli 2012. (obestämd) 
7. ↑ Slitstarka perifera beläggningar (nedlänk) . Federalmogul.com. Datum för åtkomst: 4 juli 2010. Arkiverad från originalet 14 juli 2012. (obestämd) 
8. ↑ Slitstarka perifera beläggningar (nedlänk) . Federalmogul.com. Datum för åtkomst: 4 juli 2010. Arkiverad från originalet 14 juli 2012. (obestämd) 
9. ↑ Beräkning av kolvringen  (ryska) , Inzhzashchita - ett bibliotek med material om tekniskt skydd, geodesi, litologi. . Arkiverad från originalet den 3 mars 2018. Hämtad 3 mars 2018.
10. ↑ YaMZ kolvringsresurs | Lastbilar och specialutrustning . www.dymz.ru Datum för åtkomst: 28 februari 2018. Arkiverad från originalet 28 februari 2018. (ryska)
11. ↑ Oleg Gavrilovich Goncharov. Kolvringar i en förbränningsmotor. . kat.ru. Hämtad 6 oktober 2018. Arkiverad från originalet 19 februari 2018. (obestämd)
12. ↑ Slitage på delar av cylinder-kolvgruppen | Lastbilar och specialutrustning . www.dymz.ru Hämtad 6 oktober 2018. Arkiverad från originalet 7 oktober 2018. (ryska)

Ordböcker och uppslagsverk	Britannica (online)
I bibliografiska kataloger	NDL : 00569120