Поршневые кольца предотвращают попадание газов из камеры сгорания в картер двигателя, т. е. обеспечивают герметичность надпоршневого пространства. Кроме того, поршневые кольца отводят в стенки цилиндра большую часть воспринимаемой днищем поршня теплоты и препятствуют проникновению масла из картера в камеру сгорания.

Поршневые кольца делятся по назначению на компрессионные (уплотнительные) и маслосъемные.

Поршневые кольца работают в тяжелых условиях, совершая возвратно-поступательное движение при большой нагрузке, значительной скорости скольжения и высокой температуре. Поэтому причиной большинства неполадок в работе поршневой группы являются поршневые кольца. Поршневые кольца нагреваются от соприкосновения с горячими газами и нагретыми стенками поршня, а также вследствие трения о стенки цилиндра. Температура верхнего поршневого кольца (считая от камеры сгорания) достигает 200—250° С при алюминиевом поршне и 350—400° С при чугунном. Средняя температура остальных поршневых колец равна 150-200° С.

Верхнее поршневое кольцо очень трудно обеспечивать смазкой, особенно при положении поршня в в. м. т. В этой зоне трение поршневого кольца о стенку цилиндра близко к полусухому и вызывает увеличенный износ как поршневого кольца, так и участка стенки цилиндра.

Основным требованием, предъявляемым к поршневым кольцам, является плотное (без просвета) прилегание их к стенке цилиндра и торцов колец к стенкам канавок в поршне.

Условия работы поршневых колец резко ухудшаются при их вибрации и прорыве в картер двигателя газов, происходящем в случае потери кольцами упругости, вследствие повышенного и неравномерного износа их, цилиндра и канавок. При этом резко повышается температура колец, они закоксовываются, увеличивается расход масла, ухудшаются механические свойства металла колец и возрастает их износ.

Компрессионные поршневые кольца в совокупности с канавками в поршне и зазорами в них выполняют функции лабиринтного уплотнения.

Лабиринтное уплотнение представляет собой систему полостей, сообщающихся узкими щелями. Течение газов через эти полости и щели сопровождается расходом энергии на трение и образованием вихрей. В результате этого в системе полостей устанавливается давление, падающее ступенями до давления окружающей среды, что обусловливает течение газа с небольшой скоростью и, следовательно, с небольшим расходом.

Поршневые кольца прижимаются к стенкам цилиндров под действием сил упругости и давления газов со стороны поршневых канавок.

Давление газа над поршнем в цилиндре равно р. Часть газа, проходящего под первым поршневым кольцом, расширяется в зазоре до давления р1. Поступив далее в пространство между первым и вторым кольцами, газ расширяется до давления р. Затем давление газа последовательно падает до р2, p’sи р3 и, наконец, до p’s, и газ поступает в нижнюю часть цилиндра.

Число компрессионных колец, особенно в быстроходных двигателях, может быть ограничено двумя-тремя. Применение большего числа поршневых ко-лец (пять-шесть) в дизеле объясняется необходимостью уменьшения утечки сжимаемого воздуха при пуске.

Для плотного прилегания поршневого кольца к зеркалу цилиндра необходимо неравномерное распределение давлений по его окружности. Последнее достигается применением специальной технологии при изготовлении колец. При этом в свободном состоянии кольца имеют некруглую форму. Необходимость неравномерного распределения давлений по окружности поршневых колец вызывается тем, что по мере их износа начальное распределение давлений кольца изменяется так, что больше всего давление падает у замка кольца. Вследствие этого концы кольца могут даже отходить от стенок цилиндра.

При таком распределении давлений долговечность кольца увеличивается в 1,5—2 раза по сравнению с кольцом, имеющим равномерное распределение давления на стенки цилиндров. Кроме того, уменьшается расход масла и склонность к вибрациям и сохраняется необходимая плотность прилегания колец к цилиндру, даже при значительном их износе.