Litinové pístní kroužky, jakožto „strážci srdce“ spalovacího motoru, plní klíčovou těsnicí úlohu za extrémních podmínek vysoké teploty, vysokého tlaku a vysoké rychlosti. Pracují v přesné koordinaci s válcem a pístem a zajišťují efektivní a stabilní provoz motoru. Díky svému vynikajícímu celkovému výkonu se litinové pístní kroužky staly nejrozšířenějším typem.
I. Základní funkce: Těsnění, regulace oleje, vedení tepla a podpora
Litinové pístní kroužky hrají v motoru čtyři nepostradatelné klíčové role:
- Těsnicí funkce (primární úkol):
- Účinně zabraňují úniku plynů s vysokou teplotou a vysokým tlakem ze spalovací komory do klikové skříně a minimalizují tak únik plynů na absolutní minimum.
- Stupňování tlakuPrvní kompresní kroužek nese asi 76 % tlaku plynu, u druhého kroužku klesá na 20 % a u třetího kroužku zbývá pouze asi 4 %, což vytváří účinné „krokové“ těsnění.
- Funkce regulace oleje:
- Olejový kroužek je zodpovědný za přesné seškrábání přebytečného mazacího oleje ze stěny válce a zároveň zanechává ultratenký olejový film, který zajišťuje správné mazání a kontroluje spotřebu oleje. Tento výkon je u moderních vysokootáčkových motorů zásadní.
- Funkce vedení tepla:
- 70–80 % tepla z pístní hlavy se přenáší přes pístní kroužky na stěny válce, kde se teplo odvádí. To je nezbytné pro udržení vhodné provozní teploty pístní sestavy a prevenci poškození přehřátím.
- Podpůrná funkce:
- Zabraňuje přímému kontaktu mezi pístem a stěnou válce, čímž zajišťuje plynulý pohyb pístu, snižuje tření a zabraňuje „klepání pístu“.
II. Výjimečné vlastnosti litiny
Litina je ideálním materiálem pro pístní kroužky díky dokonalému sladění svých jedinečných vlastností s náročnými požadavky motoru:
- SamomazáníGrafit v litině působí jako přírodní pevné mazivo, absorbuje mazací olej a poskytuje vynikající samomazací vlastnosti za podmínek mezního mazání.
- Vynikající mechanické vlastnostiVysoký modul pružnosti, nízká trvalá deformace, potřebná únavová pevnost v ohybu a vhodná tvrdost splňují výkonnostní požadavky na elastickou součást.
- Typy materiálů:
- Šedá litinaZákladní materiál, typicky složený z uhlíku 3,1–3,5 %, křemíku 1,6–2,1 %, manganu 0,6–1,0 % a malého množství legujících prvků, jako je chrom a měď.
- Legovaná litinaPřidání prvků, jako je měď, chrom a molybden, poskytuje lepší tepelnou odolnost, odolnost proti opotřebení a odolnost proti korozi.
- Tvárná litinaVyznačuje se mnohem vyšší pevností v ohybu (80–120 kg/mm²) a modulem pružnosti (15 000–17 000 kg/mm) než běžná litina, a nabízí tak silnou odolnost proti nárazu.
III. Výrobní procesy a povrchové úpravy
Přesné výrobní procesy jsou klíčem k výkonu pístních kroužků:
- Procesy odlévání:
- Mezi hlavní metody patří odlévání jednoho kusu, odlévání do sudů a pokročilé dělené eliptické odlévání (např. německý Goetzeho proces), přičemž druhý jmenovaný účinně eliminuje vady smršťování jádra v polotovaru.
- Klíčové technologie povrchových úprav:
- ChromováníVysoká tvrdost (700-1000 HV), nízký koeficient tření, vysoká odolnost proti korozi; může prodloužit životnost horního kroužku 3-5krát.
- Molybdenový povlak (Molybdenový povlak)Molybden má vysoký bod tání (2620 °C), vysokou tvrdost (HV>700), nízký koeficient tření, dobrou tepelnou vodivost, odolnost proti opotřebení a tepelnou stabilitu.
- FosfátováníFosfátový povlak má dobré vlastnosti zadržování oleje, což je prospěšné pro počáteční záběh a silnou ochranu proti korozi.
- NitridaceNa povrchu vytváří tvrdou nitridovou vrstvu s odolností proti opotřebení převyšující chromování; ekologičtější alternativní proces (např. plynová nitridace, plazmová nitridace, QPQ nitridace v solné lázni).
IV. Hlavní typy a strukturální vlastnosti
Na základě struktury a funkce se pístní kroužky dělí hlavně na kompresní kroužky a olejové kroužky:
- Typy kompresních kroužků:
- Obdélníkový (hladký) prstenJednoduchá konstrukce, dobrá pro odvod tepla, ale může způsobit „pumpování oleje“.
- Zúžený čelní kroužekKontakt s potrubím, dobrý pro utěsnění a záběh, seškrábává olej dolů a rozvádí olej nahoru.
- Torzní kroucený kroužekKombinuje výhody kuželového kroužku a zároveň eliminuje nutnost čerpání oleje. Směr instalace je zásadní.
- Trapézový (keystone) prstenDobré protipřilnavé a těsnicí vlastnosti, vhodné pro dieselové motory s vysokým tepelným zatížením.
- Kroužek s čelní plochou hlavněVytváří olejový klín během zdvihu nahoru i dolů, čímž snižuje opotřebení.
- Typy olejových kroužků:
- Litinový olejový kroužek (jednodílný)Jednoduchá struktura.
- Olejový kroužek ocelové kolejnice (segment)Skládá se ze dvou chromovaných ocelových lišt a rozpěrné podložky. Vysoký kontaktní tlak, dobrá přizpůsobivost, velké průchody pro návrat oleje a vynikající vlastnosti při seškrábání oleje. Široce používané.
V. Klíčové body instalace a údržby
Správná instalace a údržba jsou klíčové pro zajištění výkonu a dlouhé životnosti:
- Tři klíčová schválení:
- Koncová mezera (tupá mezera)Typicky 0,25–0,50 mm.
- Boční vůle (axiální vůle v drážce)Pro horní kroužek (kvůli vysoké teplotě) obvykle 0,04–0,10 mm.
- Zadní vůle (radiální vůle mezi kroužkem a dnem drážky)Typicky 0,50–1,0 mm.
- Pokyny pro instalaci jádra:
- Mezery na koncích kroužků musí být po obvodu střídavě rozmístěny (např. v úhlu 120° pro tři kroužky), aby se vytvořilo „labyrintové“ těsnění.
- Chromovaný kroužek je instalován v horní drážce.Zúžená plocha zúženého kroužku musí směřovat nahoru; vnitřní zkosení nebo zářez torzního kroužku obvykle směřuje nahoru.
- Mezery by neměly být zarovnány s otvorem pro pístní čep ani se směrem vírového prohlubně pístu.
- Kontrola údržby:
- Pracovní plochy musí být bez rýh, škrábanců nebo odlupování.
- Odchylka zakřivení by neměla překročit 0,02-0,04 mm.
- Standardní limit opotřebení (propadnutí v drážce) by neměl překročit 0,15–0,25 mm.
Závěr
Výkon litinových pístních kroužků přímo určuje účinnost, životnost a spolehlivost motoru. Díky neustálému pokroku v materiálové vědě a výrobních technologiích budou litinové pístní kroužky i nadále poskytovat robustní ochranu pro různé energetické stroje v extrémních provozních podmínkách a zajišťovat silný „srdce“ motoru.
Čas zveřejnění: 23. října 2025