Поломка поршневых колец является одним из распространенных видов отказа поршневых колец. Обычно первое и второе компрессионные кольца более склонны к поломке, причем трещины часто возникают вблизи зазора кольца. Поршневое кольцо может разорваться на несколько сегментов, разбиться на части или даже пропасть. Сломанные поршневые кольца ускоряют износ цилиндров. В двухтактных дизельных двигателях сломанные кольца могут попасть в выхлопную трубу или камеру продувочного воздуха и даже попасть в сторону турбины турбокомпрессора, повредив лопатки турбины и вызвав серьезные аварии.

Ниже приведены девять основных причин поломки поршневых колец:

Распространенные причины поломки поршневых колец

Помимо дефектов материалов и низкого качества изготовления, основными причинами являются недостаточное обслуживание в процессе эксплуатации и низкое качество сборки.

• 1. Недостаточный зазор в кольцевом зазоре.
  Если кольцевой зазор меньше указанного монтажного зазора, металл в зазоре расширяется из-за нагрева во время работы без достаточного места. Это приводит к тому, что концы зазора прижимаются друг к другу, создавая изгибающее напряжение и приводя к поломке вблизи зазора.
• 2. Отложения углерода в кольцевых канавках.
  Плохое сгорание, перегрев стенки цилиндра, окисление или сжигание смазочного масла могут привести к серьезному накоплению углерода в цилиндре. Тяжелые отложения углерода ограничивают движение кольца. Когда кольцо и стенка цилиндра соскребают частицы масла и металла, они смешиваются и под действием выхлопных газов образуют локализованные твердые углеродистые отложения на нижней поверхности кольцевой канавки. Из-за твердого углерода внизу и периодического давления газа сверху поршневое кольцо испытывает усталость при изгибе и ломается.
• 3. Выступ износа гильзы цилиндра
  Длительное-относительное движение между поршневым узлом и гильзой цилиндра приводит к износу, образуя выступ в верхней части гильзы. Когда поршень достигает верхней мертвой точки (ВМТ), первое поршневое кольцо ударяется об этот выступ и может сломаться от удара.
• 4. Чрезмерный износ кольцевых канавок.
  Чрезмерный износ нижней поверхности кольцевой канавки приводит к образованию конусного (колокольчатого-) профиля. Около ВМТ давление газа прижимает кольцо к этой наклонной поверхности, вызывая деформацию скручивания. Это повторяющееся напряжение приводит к усталостному разрушению чрезмерно изношенного кольца.
• 5. Заедание кольца в портах
  В двухтактных дизельных двигателях поршневые кольца часто ломаются, зацепляясь за продувочные или выпускные отверстия. Область кольцевого зазора испытывает наибольшее напряжение и значительное тепловое расширение. Металл между портами гильзы цилиндра также подвержен термической деформации. Если кольцевой зазор слегка зацепится за край отверстия во время движения поршня, кольцо может сломаться.
• 6. Радиальное расширение и усталость от сжатия.
  Когда натяжение кольца недостаточно или гильза цилиндра чрезмерно изношена, поршневое кольцо не может плотно прилегать к стенке цилиндра. Газ под высоким-давлением просачивается в канавку, толкая кольцо внутрь. Когда поршень опускается и давление в цилиндре падает, кольцо выскакивает обратно. Это повторяющееся радиальное движение приводит к усталостному разрушению.
• 7. Поломка из-за чрезмерного износа и недостаточной прочности.
  Обычные материалы поршневых колец, такие как серый чугун, легированный чугун и ковкий чугун, являются хрупкими. Дефекты литья, такие как внутренняя пористость, трещины или сегрегация, могут создавать слабые места или концентраторы напряжений. Во время эксплуатации это может привести к удару или усталостному разрушению.
• 8. Сильный износ гильз цилиндров и образование ступенек.
  Ступенчатый-износ (заплечики) образуется в верхней и нижней мертвых точках. Значительный износ подшипника большой головки шатуна или ремонт подшипников большой/малой головки могут изменить исходное положение мертвой точки. Под действием сил инерции это приводит к возникновению сил удара, которые могут разорвать кольцо.
• 9. Проблемы совместимости смазочного масла и топлива.
  Некоторые виды топлива имеют высокое содержание серы. Во время сгорания они производят больше SO2 и SO3. Эти газы при высоких температурах вызывают газовую коррозию непосредственно на металлах, затвердевают нагар и остатки смол, увеличивают износ гильз и колец. Если двигатель работает без использования соответствующего цилиндрового масла, разработанного для данного топлива, или если вместо него используется обычное моторное масло, способность масла нейтрализовать кислоты, образующиеся при сгорании, снижается. Это приводит к более сильной кислотной коррозии поршня и колец, часто приводящей к поломке поршневых колец.