Разрез кольца называется замком. Он может быть прямой, косой, ступенчатый или специальной формы (у колец двухтактных двигателей). Наибольшее распространение получили кольца с прямым замком, как наиболее простым и дешевым в изготовлении.

В свободном состоянии диаметр поршневого кольца больше внутреннего диаметра цилиндра. Поэтому кольцо, поставленное в канавку поршня и введенное в сжатом состоянии в цилиндр, разжимаясь, плотно прилегает к внутренней поверхности цилиндра.

Рис. 1. Поршневые кольца:
а — общий вид колец; б — типы замков поршневых колец; 1 — компрессионное кольцо; 2 — маслосъемное кольцо; 3 — замок; 4 — прямой замок; 5 — косой замок; 6 — ступенчатый замок; 7 — замок специальной формы с фиксирующим штифтом

Зазор в замке кольца позволяет ему расширяться при нагревании. Во время работы двигателя верхнее кольцо расширяется больше, чем нижнее, поэтому и зазор в замке верхнего кольца несколько увеличен. Для уменьшения прорыва газов кольца должны иметь минимальные зазоры в канавках поршня по высоте (торцовые зазоры). Плотное прилегание кольца к стенкам цилиндра создается вследствие неодинакового радиального давления на поверхность кольца, достигающего наибольшей величины у замка.

На рис. 2 приведены различные поперечные сечения компрессионных колец. Кольцо с конической наружной поверхностью соприкасается с цилиндром не всей боковой поверхностью, а лишь небольшой кромкой, и оказывает на стенки цилиндра большее давление, чем кольцо прямоугольного сечения. Такое кольцо скорее прирабатывается по всей поверхности цилиндра и лучше уплотняет соединение поршень — цилиндр. По мере износа кольца полоса контакта с цилиндром постепенно увеличивается. Характерной особенностью колец с фаской или выточкой является то обстоятельство, что надетые на поршень и введенные в цилиндр они скручиваются к центру. Скручивающиеся кольца прилегают к зеркалу цилиндра острой кромкой и работают так же, как и конические, но они обеспечи вают большую герметичность подвижного соединения вследствие луч шего контакта с торцовыми поверхностями поршневой канавки.

Поршневые кольца с фасками и выточками (двигатели ГАЗ-5ЭА и ЗИЛ-130) ставят на поршни так, чтобы фаски или выточки были направлены вверх, в сторону головки цилиндров. Неправильная установка компрессионных колец приводит к перерасходу масла и к значительному образованию нагара.

Первое компрессионное кольцо работает в условиях высокой температуры, больших давлений и изнашивается быстрее других колец. Для повышения износостойкости первого компрессионного кольца его наружную цилиндрическую поверхность подвергают пористому хромированию. Собирающееся в порах хрома масло улучшает условия работы кольца. При хромировании верхнего кольца увеличивается срок службы других поршневых колец.

Остальные кольца покрывают слоем олова для лучшей приработки их к цилиндрам. У двигателя ЗИЛ-130 хромированы два верхних компрессионных кольца.

Первое компрессионное кольцо поршня двигателя ЗИЛ-130 установлено в чугунное кольцо, залитое в поршне. При такой конструкции улучшается работа компрессионного кольца, уменьшается износ канавки кольца, а также прорыв газов в картер двигателя и масла в камеру сгорания.

Масло в камеру сгорания может проникать из-за разности давлений в картере и цилиндре при такте впуска и вследствие насосного действия поршневых колец.

При движении поршня вниз кольца прижимаются к верхним кромкам канавок, и масло заполняет зазор между нижними торцами колец и канавками. Когда поршень движется вверх, то кольца прижимаются к нижним кромкам канавок, и масло выдавливается вверх. Таким образом, поршень при работе двигателя, как насос, перекачивает масло из картера в камеру сгорания.

Рис. 2. Поперечные сечения компрессионных поршневых колец и положение колец в рабочем состоянии:
а — кольцо прямоугольного сечения; б — кольцо с конической наружной поверхностью; в — кольцо с фаской на внутренней стороне; г — кольцо с выточкой на внутренней стороне

Рис. 3. Схемы работы поршневых колец:
а — компрессионных; б — маслосъемных: 1 — компрессионное кольцо; г — цилиндр; 3 — поршень; 4 — прорези в кольце; 5 — маслосъемное кольцо; 6 — отверстие в поршне; 7 — отверстия в канавке масло-съемного кольца. Сплошными- стрелками указано направление движения поршня

Излишки масла снимаются со стенок цилиндра маслосъемными кольцами, которые устанавливаются на поршне ниже компрессионных колец. Число маслосъемных колец обычно не превышает двух. Маслосъемные кольца конструктивно отличаются от компрессионных тем, что на их наружной цилиндрической поверхности имеется кольцевая канавка.

В канавках поршня, предназначенных для установки маслосъемных колец, сделаны отверстия. На дне канавки маслосъемного кольца имеются сквозные прорези. При движении поршня вниз маслосъемное кольцо снимает масло со стенок цилиндра и через прорези в кольце и отверстия в поршне отводит масло в картер двигателя.

С износом поршневых колец уменьшается их упругость и плотность прилегания к зеркалу цилиндра. Для устранения этих отрицательных явлений под поршневые кольца ставят стальные пружинные кольца, называемые расширителями (двигатели ЯАЗ-М204, ЗИЛ-130 и др.).

На поршне двигателя ЗИЛ-130 маслосъемное кольцо составное. Оно состоит из двух плоских стальных кольцевых дисков и двух расширителей: осевого, разжимающего диски, и радиального, прижимающего кольцевые диски к зеркалу цилиндра.