Поршневые кольца уплотняют цилиндр — препятствуют
проникновению газов в картер дизеля и масла в рабочий объем цилиндра.
Кроме того, они отводят в стенки гильзы цилиндров основное количество
теплоты, воспринимаемой поршнем.
Конструктивно кольца выполнены в виде упругих разрезных колец, наружный
диаметр которых несколько больше внутреннего диаметра цилиндра. Кольцо,
вставленное в цилиндр, плотно прилегает к его стенкам благодаря упругим
свойствам.
Компрессионные кольца 11 и 12 (см. рис. 3) имеют в сечении вид
прямо-бочной трапеции. Большим основанием (высота кольца 3,5 мм)
трапеция сопрягается со стенкой цилиндра. Высота трапеции (радиальная
толщина кольца) — 5,4 мм. Верхний торец (наклонная боковая сторона
трапеции) скошен под углом 10°. Такие кольца меньше склонны к
закоксовыванию. Кокс разрушается при радиальных перемещениях кольца в
канавке и изменяющемся при этом зазоре по высоте.
Верхнее компрессионное кольцо 12 нагревается до температуры 230 ... 240
°С, воспринимает действие максимального давления газов в цилиндре и
работает в условиях полусухого трения. Поэтому верхнее кольцо
изготавливают из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, а
поверхность, сопрягаемую с гильзой цилиндров, покрывают твердым хромом
(толщина слоя —0,12 ... 0,20 мм) и подвергают профильной обработке с
выпуклостью на середине высоты (бочкообразность). Стрела прогиба
выпуклости составляет 0,005 ... 0,016 мм на высоте 2 мм. Такая форма
поверхности обеспечивает улучшение приработки кольца и повышение
удельных давлений в месте контакта с гильзой цилиндров.
Твердое хромовое покрытие обладает низким коэффициентом трения при
сопряжении с чугуном. Поэтому кольца устанавливают в гнльзы цилиндров,
зеркало которых обработано методом ПВХ. При установке в гильзы
цилиндров, не имеющих такой обработки, возможны перегрев и прижоги
колец.
Второе и третье 11 компрессионные кольца изготовлены из специального
серого чугуна. Эти кольца — трапециевидные, «минутного» типа. Образующая
рабочей поверхности скошена под углом Г 30' в свободном состоянии
кольца. При установке в цилиндр кольцо контактирует нижней кромкой с
гильзой, улучшая сброс масла с зеркала.
Упругость колец зависит от зазора в разрезе кольца (замке) в свободном
состоянии. Чем больше зазор, тем выше упругость кольца и тем меньше
напряжения в кольце при надевании его на поршень. При меньшем зазоре
возникает опасность поломки кольца при надевании его на поршень.
Дополнительное давление компрессионных колец на стенку цилиндра
создается давлением газов, проникающих в зазор между внутренней
цилиндрической поверхностью кольца и канавкой поршня. Поэтому упругость
компрессионных колец относительно небольшая. При сжатии кольца до зазора
в замке 0,45 ... 0,75 мм сила упругости верхнего компрессионного кольца
составляет 32 ± 3,2 Н (3,2 ± 0,32 кгс), второго и третьего — 25,0 ± 2,5
Н (2,5 ± 0,25 кгс).
Надежность уплотнения цилиндра зависит от плотности прилегания колец к
его стенкам. В местах неплотного прилегания колец к цилиндру нарушается
нормальная теплоотдача от колец и они сильнее нагреваются. Через
неплотности прорываются горячие газы из камеры сгорания, вследствие чего
температура их еще больше повышается.
Правильность формы кольца контролируют, стягивая гибкой лентой до
рабочего зазора в замке. Кольцо должно принимать форму овала, большая
ось которого проходит через середину замка. Разность в размере осей
овала должна быть 0,3 ... 0,9 м.
Маслосъемное кольцо — составное. Оно состоит из двух сегментов 10, между
которыми расположен тангенциальный расширитель 9. Сегменты изготавливают
из стальной ленты толщиной 0,8 мм и шириной 4 мм. Поверхность,
контактирующую с гильзой цилиндра, покрывают слоем хрома толщиной 0,8
... 0,12 мм.
Расширитель изгибают из ленты толщиной 0,8 мм и
шириной 2 мм в виде волны На верхней и нижней стороне каждой волны
отогнуты заплечики для упора во внутренний диаметр сегмента. Благодаря
этому создается равномерное давление каждого сегмента на стенку гильзы
цилиндров. Кроме того, расширитель удерживает сегменты у торцов канавки.
Упругость маслосъемного кольца, собранного в специальной оправке, в
которой проточена канавка, проверяют так же, как и упругость
компрессионных колец. Размеры канавки в оправке соответствуют размерам
канавки поршня под маслосъемное кольцо. При сборке расширитель заплетают
на одну — три волны. Кольцо сжимают гибкой лентой до получения зазора в
замках сегментов 0,65 ... 0,75 мм. Сила упругости должна быть 83 ± 16 Н
(8,3 ± ± 1,6 кгс).
На стенку гильзы цилиндров упругость кольца передается через узкие
скругленные пояски двух сегментов. Это способствует повышению давления и
лучшему съему масла.
При сборке маслосъемного кольца замки сегментов смещают один
относительно другого на 180°, а замок расширителя располагают между
ними. При сборке на поршне замки поршневых колец располагают на равных
расстояниях по окружности, но не против отверстия под поршневой палец.