Поршень, перекрывающий поперечное сечение цилиндра, должен быть устроен
так, чтобы через зазор между поршнем и стенками цилиндра в картер дизеля
не проникали газы. Утечка газов приведет к снижению мощности дизеля.
Кроме того, газы, проходя через зазор, вызовут местный перерыв стенок
цилиндровой втулки и выгорание масла. Это повлечет за собой интенсивный
износ втулки и поршня. Утечка же воздуха при хо-
де сжатия приведет к снижению экономичности, а температура, в камере
сгорания может оказаться недостаточной для воспламенения топлива.
Для чего в таком случае нужен зазор? Если его не предусмотреть, то во
время работы дизеля поршень расширится и его заклинит в цилиндровой
втулке; зеркало ее и боковая поверхность поршня будут повреждены. Чтобы
этого избежать, между поршнем и втулкой цилиндра приходится оставлять
зазор, а конструкцию поршня несколько усложнять: и а его поверхности
протачивают кольцевые канавки (ручьи) (см. рис. 44), в которые вставляют
упругие (пружинящие) уплотнительные кольца (рис. 45).
Первое требование к кольцам — это плотное прилегание к канавкам поршня и
боковой поверхности цилиндровой втулки. В свободном состоянии диаметр
кольца больше, чем диаметр втулки: все кольца имеют разрез — замок (см.
рис. 45). Замок позволяет разжать кольцо и в таком состоянии надеть его
на поршень. Такие упругие кольца, заведенные вместе с поршнем во втулку,
подобно пружине стремятся разжаться и при этом плотно прилегают к
стенкам цилиндровой втулки. В сжатом состоянии в месте стыка концы
кольца сходятся. Формы замков бывают разными. Наибольшее распространение
получили косые замки. Под давлением воздуха и газов кольца плотно
прижимаются к канавкам поршня и, кроме того, прижимаются к боковой
поверхности втулки, обеспечивая достаточную герметичность (уплотнение)
внутри цилиндра.
Когда в процессе работы зазор между поршнем и
цилиндровой втулкой вследствие износа увеличивается, поршневые кольца,
будучи упругими, разжимаются, чем достигается самоуплотнение их во
втулке. Уплотнительные (компрессионные) кольца размещены в верхней части
поршня, а самое верхнее — вблизи днища поршня. Поршни дизелей 10Д 100,
2Д100, 14Д40, 11Д45 имеют по четыре канавки для уплотнительных колец,
поршни дизелей Д49 и Д70 — по три канавки, а поршни дизелей 2Д50 и Д50 —
по пять.
Несколько колец, расположенных рядом, создают лучшую преграду (по
сравнению с одним кольцом) против проникновения (пробоя) газов в картер
дизеля (во время рабочего хода поршня) и против утечки воздуха из
цилиндра (во время сжатия).
Работа уплотнительных колец сопровождается интересным явлением.
Взгляните на рис. 46, а. Когда поршень начинает перемещаться вниз,
уплотнительные кольца прижимаются к верхней плоскости канавки поршня
так, что между нижней и боковой плоскостями каждого кольца и канавками
образуется. свободное пространство, которое заполняется маслом. При
движении поршня вверх (рис. 46, б) кольца прижимаются к нижней плоскости
канавок, и они выжимают попавшее в канавки масло кверху, в камеру
сгорания.
Масло, находившееся под кольцом, оказывается над кольцом. Получается,
что поршневые кольца, прижимаясь поочередно к верхней и к нижней
плоскостям канавок, то засасывают масло, то постепенно вытес-няют его
(рис. 46, в) в камеру сгорания подобно насосу. «Насосное действие» колец
настолько сильно, что на внутреннюю поверхность цилиндра поступает масла
больше, чем требуется, а это нежелательно, так как избыток масла
попадает в камеру сгорания, оставаясь на стенках цилиндра. Масло
подвергается нагреву от горячих газов. Так как оно находится на
относительно холодных стенках, то полностью не сгорает и превращается в
смолистое вещество, которое в виде нагара после остановки дизеля
затвердевает на головке поршня, забивает канавки в зазорах между поршнем
и поршневыми кольцами, ухудшает подвижность уплотнительных колец.
Нижняя часть зеркала цилиндровой втулки покрывается слоем масла,
попадающего на стенки втулки через зазоры подшипников
шатунно-кривошипного механизма путем разбрызгивания. Как же снять с
зеркала втулки избыток масла? Для этого поршень снабжают еще двумя-тремя
маслосъемными (или маслосрезывающими) кольцами, устанавливаемыми в
нижней части поршня.
Конструктивно маслосъемные кольца отличаются от уплотнительных еще и
тем, что имеют скошенную острую кромку (рис. 47), которой при движении
поршня вниз от камеры сгорания) они соскабливают масло со стенок
цилиндровой втулки. Дальше через сквозные щели в кольце и каналы в
кольцевых канавках поршня масло стекает в картер дизеля.
При обратном ходе, когда поршень движется вверх к камере сгорания,
кольцо своими скошенными поверхностями скользит по масляной
пленке, но не может его увлечь. Поршень дизеля 10Д 100 наряду с
маслосъемными кольцами, имеющими щели, снабжен также кольцами без щелей.
В последнем случае масло, срезаемое кольцом, стекает в картер через
отверстия в теле поршня.
Рис. 45. Кольца поршня дизеля 10Д 100
Рис. 46. Схема насосного действия уплотнительных
колец