Поршневые кольца по назначению делят на компрессионные и маслосъемные. Их изготовляют из легированного чугуна или стали. Компрессионное кольцо служит уплотнением между поршнем и стенкой цилиндра, предотвращая прорыв воздуха и газов из пространства над поршнем в картер, а также проникновение масла в камеру сгорания.
Одновременно компрессионные кольца отводят тепло от поршня к стенке цилиндра. Чтобы обеспечить должную герметичность надпоршневого пространства, в двигателях устанавливают два-три компрессионных кольца. Кольца должны плотно, без просветов прилегать к зеркалу цилиндра по всей окружности. Наружный диаметр кольца, не вставленного в цилиндр (в свободном состоянии), несколько больше внутреннего диаметра цилиндра. В одном месте по окружности часть кольца вырезана. Поэтому вставленное в цилиндр кольцо пружинит и прилегает к его стенке по всей окружности. Небольшое количество газов из надпоршневого пространства проникает в зазоры между внутренней цилиндрической поверхностью компрессионного кольца и поверхностью канавки поршня. При этом давление и скорость газов постепенно уменьшаются. Давление газов также прижимает кольца к стенкам цилиндров. Таким образом, компрессионные кольца прижаты к стенке цилиндра силой собственной упругости и давлением газов. Вырезы в поршневых кольцах называют замком. В замке вставленного в цилиндр кольца должен быть зазор в несколько десятых миллиметра, обеспечивающий возможность удлинения кольца при нагревании. Поршневые кольца большинства двигателей имеют замок прямоугольной формы. Такое кольцо проще в изготовлении и обеспечивает достаточную герметичность.
В канавках на поршне кольца располагают по высоте также с небольшим зазором в несколько сотых миллиметра, с тем чтобы трение торцов кольца о стенки канавки не мешало ему свободно пружинить. Обычно зазоры в замках и по высоте у верхних поршневых колец больше, чем у нижних. Чтобы уменьшить утечку газов через замки, кольца на поршне устанавливают так, чтобы замки их находились под углом 90... 120° один относительно другого. У двухтактных двигателей (П-10УД и его модификаций) кольца фиксируют в канавках с помощью стопорных винтов, ввернутых в поршень, предотвращая тем самым попадание концов колец в окна цилиндра. Если поршневые кольца неплотно прилегают к стенке цилиндра, то газы, прорываясь даже через незначительные просветы между стенкой цилиндра и кольцами, вызывают перегрев колец. В результате этого масло, находящееся между поршнем и стенкой цилиндра, окисляется. Углеродистые вещества (лаковые отложения), образующиеся при этом, заполняют зазоры между стенками канавок поршня и кольцами. Движение колец будет затруднено, и они перестанут свободно перемещаться и пружинить. Это явление, называемое пригоранием (закоксо-ванием) колец, сопровождается уменьшением мощности двигателя и увеличением расхода масла. Для обеспечения длительного плотного прилегания поршневых колец к стенке цилиндра кольца изготовляют с неравномерным радиальным давлением по окружности. Наибольшее давление у замка. Такое распределение радиальных давлений достигается специальной формой отливки кольца и его механической обработкой.
Компрессионные кольца двигателей СМД-60, А-41, КамАЗ-740 имеют в поперечном сечении форму прямоугольной трапеции с углом наклона 10° в сторону внутреннего диаметра. Цилиндрическая наружная поверхность верхнего (первого) компрессионного кольца хромирована. Общая толщина хрома 0,12...0,20 мм, причем верхний слой хрома толщиной 0,03...0,05 мм пористый. Этот слой способствует быстрой приработке кольца и гильзы цилиндра, уменьшает трение между ними. Для ускорения приработки поверхности вторых и третьих компрессионных колец (двигателей Д-245, СМД-60 и др.), прилегающие к гильзе, имеют небольшую конусность (1,5°). Их покрывают тонким слоем (0,005...0,006 мм) олова. У двигателя КамАЗ-740 поверхность второго кольца покрыта молибденом. Для этой же цели ставят компрессионные кольца, имеющие по внутреннему диаметру выточку. При установке таких колец в канавку поршня они деформируются (скручиваются) и работают подобно конусным. Эти кольца устанавливают выточкой к днищу поршня.
Маслосъемные кольца необходимы для снятия излишков масла со стенки цилиндра. Если не снимать излишки масла с внутренней поверхности цилиндров, то оно, проникая в полость над поршнем и соприкасаясь с горячими газами и деталями, частично сгорает, а частично окисляется. Это вызывает повышенный расход масла и образование нагара на днище поршня, головке и стенках цилиндра. Маслосъемное кольцо снимает излишки масла с зеркала цилиндра и отводит их в картер. Оно может быть различной конструкции. Кромки коробчатого кольца снимают масло при движении вниз и вверх. Через зазор между кольцом и стенкой канавки, прорезь в кольце и канал в поршне масло стекает в картер.
На поршне двигателей ЗИЛ-130 и ЗМЗ-53-11 установлено составное маслосъемное кольцо. Его детали сделаны из пружинной стали. Кольцо состоит из двух тонких колец, осевого и радиального расширителей. Осевой расширитель, расположенный между кольцами, прижимает их к верхней и нижней стенкам канавки поршня. Радиальный расширитель, находящийся в канавке поршня за дисками, плотно прижимает их к зеркалу цилиндра. На двигателе СМД-60 применено составное маслосъемное кольцо, но только с одним расширителем, который выполняет функции осевого и радиального расширителей. У двигателя Д-65Н в каждую канавку устанавливают два маслосъемных кольца скребкового типа, хромированных по рабочему буртику, и радиальный расширитель. Эти кольца работают независимо одно от другого и легко приспосабливаются к профилю поверхности гильзы цилиндра. Углубления в верхнем скребковом кольце, находящиеся на нижней поверхности, образуют сквозные .щели, по которым масло отводится внутрь поршня.
