Маслосъемные или маслоотводные поршневые кольца, осуществляющие отвод излишнего масла со стенок цилиндра и ограничивающие таким образом проникновение (прокачку) масла в камеру сгорания, одновременно являются основным элементом поршневой группы, регулирующим смазку верхней зоны стенок цилиндров. В этой связи выбору маслосъемных поршневых колец и рациональному расположению их на поршне придается большое значение. В автомобильных двигателях чаще всего применяются: дренажные, скребковые и составные масло-съемные кольца (рисунок).

Маслосъемные кольца дренажного типа представляют собой прямоугольную конструкцию с канавкой, проточенной по наруж­ной стороне так, что со стенкой цилиндра они соприкасаются только двумя узкими кромками (см. рисунок а). Вследствие этого радиаль­ное удельное давление их на стенки цилиндра повышается до З—4 кГ·см2 (≈0,3—0,4 Мн/м2), что способствует более эффектив­ному соскабливанию масла со стенок. Для отвода масла в поршне­вую канавку за кольцо последнее снабжается 8—10 дренажными прорезями пли рядом отверстий, равномерно расположенных по его окружности. Далее из поршневой канавки масло через систе­му дренажных отверстий сбрасывается во внутреннюю полость поршня, как показано на рисунке г. Кольца дренажного типа при­меняются на двигателях ГАЗ, МЗМА, четырехтактных V-образных дизелях, ЯМЗ, В-2 и др.

Скребковые маслосъемные кольца имеют остроугольную соскаб­ливающую кромку, а для сбора масла и отвода его за кольцо снизу у них делают проточку и дренажные вырезы (см. рисунок б). Чтобы повысить эффективность маслоотвода в канавку поршня, обычно устанавливают по два скребковых кольца. Спаривание скребковых колец удорожает производство. Однако они лучше, чем дренажные приспосабливаются к стенкам цилиндра и действуют эффективнее последних.

Скребковые кольца, снабженные радиальными расширителями, успешно используются на двухтактных двигателях ЯМЗ. В качестве разновидности скребковых колец иногда применяют конусные кольца с углом наклона их наружной образующей, равном 4—6° (см. рисунок в). Такие кольца, как и конусные компрессионные, устанавливают малым основанием конуса в сторону днища поршня. При ходе поршня к в.м.т. они отжимаются масляным клином (всплывают на слое масла), а при ходе вниз соскабливают масло со стенок цилиндра. Для сбора и отвода масла на поршне под коль­цом делают проточку и просверливают дренажные отверстия. Конусные маслосъемные кольца в автомобильных двигателях обыч­но используются в качестве вспомогательных. Например, в дизеле В-2 таким кольцом является шестое кольцо, расположенное на юбке ниже поршневого пальца.

В настоящее время все большее распространение получают составные маслосъемные кольца. Они состоят из двух пластинчатых стальных колец 1, осевого 2 и радиального 3 расширителей (см. рисунок г). Осевой расширитель прижимает стальные пластинча­тые кольца к боковым стенкам несущей их канавки поршня, а радиаль­ный — к стенкам цилиндра, причем удельное давление их на стенки превышает 7÷8 кГ/см² (≈0,7—0,8 Мн/м2). Масло собирается здесь в полости между пластинчатыми кольцами 1 и через окна в радиаль­ном расширителе 3, далее через дренажные отверстия в стенке поршня отводится во внутреннюю его полость (см. рис. 3, г).

Рассматриваемые составные кольца обладают повышенной эффек­тивностью маслоотвода. Обычно на поршень устанавливают по одно­му такому кольцу, как, например, в ЗИЛ-130 и других двигателях.

Конструкция поршней автомобильных двигателей, как правило, разрабатывается с учетом типа используемых маслосъемных колец, причем в карбюраторных двигателях устанавливают по 1—2 кольца, а в дизелях — не менее 2 колец на поршень. Высота маслосъемных колец составляет 4—5 мм.

Тяжелые условия работы колец (особенно компрессионных) приводят к повышенному износу у них боковых поверхностей и еще в большей мере наружной образующей поверхности, скользящей по зеркалу цилиндра. Чтобы увеличить срок службы колец, одно­временно с выбором материала для их изготовления изыскивают специальные противоизносные мероприятия. Основными из этих мероприятий являются: защитные покрытия колец, применение антифрикционных наполнителей и вставок, использование масло-накопительных проточек, пористое хромирование колец и покрытие их твердым хромом с последующей накаткой поверхности.

Для защитных покрытий колец применяют мягкие металлы, кото­рые прочно сцепляются с основным материалом кольца, не склонны к задирам с материалом цилиндра, обладают хорошими антифрикционными свойствами, пластичностью и достаточной коррозионной стойкостью. Практика показала, что наиболее эффективным являет­ся оловянное покрытие. Слой олова в 5—8 мкм, нанесенный элек­тролитическим способом, хорошо защищает поршневые кольца от возможных в процессе приработки заеданий и одновременно предотвращает появление задиров на стенках цилиндра. Оловянное покрытие (лужение) надежно защищает кольца от коррозии, а в слу­чаях местного перегрева, плавящееся олово само играет роль смазки. В результате лужения поршневые кольца быстрее и качест­веннее прирабатываются к стенкам цилиндра и более длительное время сохраняют свою работоспособность.

Электролитическое луже­ние широко используется для всех компрессионных и маслоотвод-ных поршневых колец как в отечественном, так и зарубежном автомобильном двигателестроении. 

Антифрикционные наполнители и мягкие вставки применяются для компрессионных поршневых колец, работающих в условиях повышенной тепловой напряженности (например, в двухтактных двигателях). С этой целью по наружной образующей кольца прота­чивают узкие (около 0,6 мм) канавки на глубину до 0,8 мм, которые заполняются хорошо пристающей, слегка пористой антифрикцион­ной массой, оказывающей одновременно легкое полирующее дей­ствие на стенки цилиндра. В качестве такого наполнителя иногда используют смесь окиси железа с графитом, приготовленную на маслостойкой синтетической смоле.

Для колец автомобильных и других двигателей применяют иногда вставки из бронзы или других мягких металлов, не склон­ных к задирам цилиндров. Точно калиброванную прямоугольную полоску бронзы завальцовывают в проточенную на кольце канавку так, что она несколько выступает над наружной образующей кольца. Это обеспечивает хорошее первоначальное уплот­нение цилиндра, зеркало которого в процессе приработки покры­вается тонким слоем меди, повышающим качество рабочей поверх­ности цилиндра. Бронзовые вставки улучшают теплоотвод от коль­ца и заметно снижают износ колец и стенок цилиндра.

Полезными бывают и небольшие круговые проточки с наружной стороны колец. Накапливающееся в канавках масло улучшает смазку колец и служит простейшей защитой их в про­цессе приработки; канавки выполняют конусными и пролуживают. По три таких проточки сечением 0,3 X 0,3 сделаны, например, на втором и третьем компрессионных кольцах дизеля ЯМЗ-236.

Эффективным противоизносным мероприятием является так на­зываемое пористое хромирование колец. Наружную сторону колец покрывают слоем в 0,1ч 0,15 мм твердого хрома, поверхности кото­рого придают сетчатую структуру. Глубина каналов сетчатой поверхности составляет всего 0,03—0,05 мм, но благодаря этому хромовое покрытие, обладающее высокой твердостью НВ 800—1000 и сравнительно низким коэффициентом трения по чугуну (0,059 вместо 0,095 у чугуна по чугуну), хорошо удерживает (адсорбирует) смазку на своей поверхности, что особенно важно для верхних компрессионных колец. Пористое хромирование удорожает произ­водство, зато резко повышает износостойкость колец.

В автомобильных двигателях пористое хромирование обычно применяют только для одного или двух верхних наиболее нагружен­ных компрессионных колец. Тем не менее, срок службы всего комплекта колец и стенок цилиндра увеличивается примерно в три раза. 

При нанесении твердого хрома на боковые поверхности колец заметно уменьшается износ и соприкасающихся с ними стенок канавки поршня. В крупных двигателях хромируют иногда и масло-съемные кольца. У стальных витых колец хромовое покрытие наносят на поверхности, скользящие по зеркалу цилиндра, что способствует общему увеличению срока службы этой трущейся пары.

В случае применения метода накатки толщина хромового покры­тия увеличивается до 0,3 мм. Накатка хрома эффективнее пористо­го хромирования.

Источник: Райков И.Я., Рытвинский Г.Н. Двигатели внутреннего сгорания, 1971 г.