Автомобіль / Силова установка / Двигун внутрішнього згоряння / Механічна частина двигуна / Циліндропоршнева група двигуна / Поршневий палець

Поршневий палець

Автор матеріалу: Олег Тимошенко

Поршневий палець - це сталевий загартований стрижень, який шарнірно з'єднує поршень із верхньою головкою шатуна. Через палець на шатун передається вся сила тиску газів, тому він працює під ударними змінними навантаженнями при обмеженому змащенні.

Палець буває плаваючим (обертається і в бобишках поршня, і у втулці шатуна, фіксується стопорними кільцями) або закріпленим у шатуні з натягом. Від правильного зазору між пальцем, поршнем і шатуном залежить тиша роботи двигуна і ресурс циліндропоршневої групи.

Головне правило TESMA: палець, поршень і втулку шатуна оцінюють разом. Заміна лише пальця при зношених бобишках або втулці не усуває стук.

Несправності поршневого пальця

знос пальця і збільшення зазору в бобишках або у втулці малої головки шатуна;
випадіння стопорного кільця і пошкодження стінки циліндра пальцем;
задири через масляне голодування або перегрів;
тріщини після детонації чи гідроудару.

Симптоми

Головна ознака - дзвінкий стук у двигуні, найчутніший при різкій зміні обертів і під навантаженням. Його легко сплутати зі стуком клапанів, гідрокомпенсаторів або детонацією, тому джерело уточнюють прослуховуванням і почерговим відключенням циліндрів. Зміна звуку при відключенні циліндра вказує на шатунно-поршневу групу саме цього циліндра.

Діагностика

Діагностика шумів двигуна: прослуховування, порівняння на холодному і прогрітому двигуні.
Відключення циліндрів по черзі для локалізації стуку.
Ендоскопія - пошук задирів від пальця на стінці циліндра.
Після розбирання - вимірювання діаметра пальця, отворів бобишок і втулки, огляд стопорних кілець.

Заміна

Палець зазвичай постачається в комплекті з поршнем і стопорними кільцями. Пальці з натягом у шатуні встановлюють із нагріванням шатуна або на пресі за технологією виробника. Стопорні кільця завжди нові. Зазори і спосіб установлення визначає документація двигуна.

Конструкція і варіанти кріплення пальця

Плаваючий палець - обертається і в бобишках поршня, і у втулці шатуна; від осьового переміщення його утримують стопорні кільця. Знос розподіляється рівномірніше.
Запресований у шатун - палець нерухомий у верхній головці шатуна і обертається лише в бобишках поршня; стопорних кілець немає, монтаж вимагає нагрівання шатуна або преса.
Пальці з покриттям (наприклад, DLC) - у навантажених двигунах для зменшення тертя і зносу.
Зміщення осі пальця відносно осі поршня - зменшує стук при перекладці поршня; через це поршень має позначку напрямку установлення.

Чому зношується поршневий палець

обмежене змащення верхньої головки шатуна і бобишок, особливо на холодному двигуні;
стара або розріджена паливом олива;
детонація - ударні навантаження на палець;
перегрів поршня і зміна зазорів;
неправильний зазор після ремонту, перекіс шатуна.

Як відрізнити стук пальця

стук пальця дзвінкий, часто подвійний, найчутніший при різкому відкритті і закритті дроселя на холостому ходу;
на відміну від шатунного стуку він менше залежить від тиску оливи;
на відміну від детонації - чутний і без навантаження;
на відміну від клапанного цокання - локалізується в середній частині блока.

Порядок ремонту

Підтвердити циліндр і характер стуку.
Зняти головку блока і піддон, вийняти поршень із шатуном.
Виміряти палець, отвори бобишок і втулку шатуна, оцінити зазор.
Оглянути циліндр на сліди від пальця або стопорного кільця.
Замінити палець, поршень і/або втулку шатуна відповідно до вимірювань.
Установити нові стопорні кільця, перевірити, що вони сіли в канавки по всьому колу.
Зібрати з урахуванням позначок напрямку поршня і шатуна.

Типові помилки

повторне використання стопорних кілець;
неправильна орієнтація поршня (позначка напрямку);
запресування пальця без нагрівання, яке пошкоджує поршень;
заміна пальця без вимірювання втулки шатуна;
змішування поршнів і пальців різних масових груп;
висновок про палець без перевірки детонації і клапанного механізму.

Коли експлуатацію краще припинити

Різке посилення стуку, поява металевої стружки в оливі або падіння компресії в циліндрі - привід зупинити двигун. Випадіння пальця або стопорного кільця пошкоджує циліндр і може призвести до заклинювання поршня.

Вимірювання і допуски

Параметр	Інструмент	Що показує
діаметр пальця в кількох перерізах	мікрометр	знос і овальність
діаметр отвору бобишки поршня	нутромір	розбивання посадки в поршні
діаметр втулки верхньої головки шатуна	нутромір	знос втулки шатуна
посадка пальця в бобишці	перевірка вручну на чистих змащених деталях	палець має входити з визначеним зусиллям, без хитання
стан канавок стопорних кілець	огляд	ризик випадання кільця і задирів циліндра

Зазори в з'єднанні палець-поршень і палець-шатун дуже малі і залежать від конструкції, тому числові значення беруть лише з документації виробника двигуна або поршневого комплекту. Деталі вимірюють при однаковій температурі.

Плаваючий і запресований палець

Плаваючий палець вільно обертається і в поршні, і в шатуні, а від осьового зміщення його утримують стопорні кільця. Запресований палець нерухомо сидить у верхній головці шатуна з натягом і обертається лише в бобишках поршня. Для запресованого пальця заміна поршня вимагає нагрівання шатуна або спеціального преса, інакше можна деформувати поршень. Для плаваючого критично правильно встановити стопорні кільця, бо випадання кільця дає глибокі задири в циліндрі.

Практичні випадки

Скарга: дзвінкий стук на прогрітому двигуні при різкому скиданні газу. Перевірка: стук зникає при відключенні запалювання в одному циліндрі; при розбиранні - збільшений зазор у втулці шатуна. Висновок: заміна втулки шатуна і пальця, перевірка поршня.
Скарга: вертикальні подряпини на стінці циліндра після ремонту. Перевірка: одне стопорне кільце встановлено не повністю в канавку. Висновок: розбирання, оцінка циліндра, заміна кільця і поршня.

Призначення поршневого пальця

Поршневий палець шарнірно з'єднує поршень з верхньою головкою шатуна. Через нього передається вся сила тиску газів на поршень і сили інерції поршня. Палець працює в умовах високих знакозмінних навантажень, гойдання з малою амплітудою і обмеженого змащення, тому виготовляється з легованої сталі з загартованою поверхнею і точною шліфовкою.

Зміщення осі пальця

У багатьох двигунах вісь пальця зміщена відносно осі поршня на невелику величину. Це зменшує перекладку поршня в мертвій точці і шум на холодному двигуні. Тому поршень має мітку напрямку установки (стрілка або виїмка до передньої частини двигуна). Неправильна установка поршня дає стук і прискорений знос циліндра.

Змащення пальця

Палець змащується маслом, яке розбризкується в картері, і маслом, що стікає зі стінок циліндра через отвори в бобишках. У частині двигунів масло подається через канал у тілі шатуна або форсунки охолодження поршнів. Масляне голодування, старе масло і перегрів поршня - основні причини зносу втулки шатуна і пальця (втулки верхньої головки шатуна).

Стопорні кільця: типи і установка

дротові кільця з загнутим кінцем - встановлюють так, щоб загнутий кінець увійшов у виїмку бобишки;
плоскі кільця (типу Seeger) - встановлюють гострою кромкою назовні, замком у визначеному положенні;
кільця завжди нові, повторне використання заборонене;
після установки кільце провертають у канавці, щоб переконатися, що воно сіло повністю.

Поршневий палець у дизельних і турбованих двигунах

Поршневий палець передає зусилля від поршня до шатуна і працює в умовах високих температур, ударних навантажень і обмеженого змащення. У дизельних і турбованих бензинових двигунах тиск згоряння значно вищий, ніж в атмосферних, тому вимоги до пальця і його опор суттєво зростають.

Особливість	Атмосферний бензиновий	Турбований або дизельний
діаметр і товщина стінки пальця	помірні	більші, для витримки високого тиску
покриття поверхні	часто без спеціального покриття	нерідко зносостійке покриття для зменшення тертя
форма верхньої головки шатуна	зазвичай циліндрична	часто трапецієподібна для більшої площі опори
змащення	розбризкуванням	часто з додатковими каналами або охолодженням поршня
наслідки детонації	знос, рідко руйнування	можлива деформація і тріщини бобишок поршня

У дизелях і турбованих двигунах поршень часто охолоджується струменем оливи з форсунки знизу. Якщо форсунка забита або зміщена, поршень і палець перегріваються, олива в зоні бобишок коксується, і палець починає працювати з недостатнім змащенням. Тому при ремонті таких двигунів обов'язково перевіряють форсунки охолодження поршнів.

Покриття на пальцях деяких двигунів не можна пошкоджувати під час збирання. Подряпина або слід від інструмента руйнує захисний шар і стає початком зносу. Пальці з покриттям не шліфують і не замінюють пальцями без покриття, якщо це не передбачено виробником.

Для турбованих двигунів з високим крутним моментом на низьких обертах важливий стан поршня в зоні бобишок. Тріщини там часто починаються саме від підвищеного зазору пальця.

Тому при скаргах на стук у таких двигунах палець і бобишки перевіряють особливо уважно.

Підбір пальця і поршня при ремонті: класи і маркування

Поршень і палець виготовляються з дуже точними допусками. Багато виробників поділяють їх на розмірні групи, позначені кольором, літерою або цифрою. При ремонті правильний підбір цих груп визначає, чи працюватиме з'єднання без стуку і заїдань.

Що враховують при підборі

розмірну групу отвору в бобишках поршня;
розмірну групу пальця, якщо вона передбачена;
тип посадки: плаваючий палець або запресований у шатун;
наявність покриття і його сумісність з втулкою шатуна;
тип і розміри стопорних кілець;
напрямок установки поршня, якщо вісь пальця зміщена.

Найнадійніший варіант - комплект поршня з пальцем від одного виробника, де пара вже підібрана. Встановлення пальця від іншого виробника в поршень допустиме лише після вимірювання зазору і порівняння з допуском.

Ситуація	Рекомендація
заміна всіх поршнів	комплекти поршень і палець, однакова масова група
заміна одного поршня	та сама розмірна і масова група, що й в інших циліндрах
заміна лише пальця	вимірювання отвору в поршні і втулці шатуна, підбір за зазором
маркування нечитабельне	вимірювання мікрометром і нутроміром

Важливу роль відіграє і маса. Поршні з пальцями в одному двигуні повинні мати близьку масу, інакше з'являється вібрація. Тому при заміні одного поршня зважують комплект і порівнюють з іншими.

Неправильний підбір часто стає причиною стуку після капітального ремонту. Детальніше про пов'язані деталі - на сторінці шатун.

Після збирання перевіряють, щоб поршень вільно гойдався на пальці без заїдань, а стопорні кільця повністю сіли в канавки.

Поршневий палець: що можна перевірити самостійно, а що - на сервісі

Поршневий палець розташований усередині двигуна, і його стан можна точно оцінити лише при розбиранні. Проте власник може помітити ознаки, характерні для зносу пальця, і вчасно звернутися на діагностику. Важливо відрізняти тривожні звуки від нормальних шумів двигуна.

Дія	Власник	Сервіс
фіксація дзвінкого стуку на холодному двигуні або при різкому натисканні педалі газу	так	так
запис звуку і обставин його появи	так	так
контроль рівня і стану оливи	так	так
прослуховування двигуна стетоскопом	ні	так
почергове відключення циліндрів	ні	так
ендоскопія циліндрів і огляд поршнів	ні	так
розбирання і вимірювання зазорів	ні	так

Стук пальця зазвичай дзвінкий, металевий, з подвійною частотою. Він часто чутніший при різкій зміні навантаження. Але схожі звуки дають детонація, гідрокомпенсатори і шатунні вкладиші. Тому висновок робить лише сервіс після прослуховування і відключення циліндрів. Про розпізнавання звуків - на сторінці діагностика шумів двигуна.

Якщо стук з'явився раптово, посилюється або супроводжується втратою потужності, рух краще припинити. Випадання стопорного кільця або руйнування пальця може пошкодити циліндр і зробити ремонт значно дорожчим.

Регулярна заміна оливи і використання палива відповідної якості знижують навантаження на палець і продовжують його ресурс.

Якщо стук з'являється лише на холодному двигуні і зникає після прогрівання, це не завжди палець: так само поводяться поршні з великим зазором у циліндрі. Сервіс розрізняє ці причини за характером звуку, реакцією на відключення циліндра і результатами ендоскопії, тому спостереження власника про умови появи стуку дуже корисні.

Часті питання

Чи небезпечний стук поршневого пальця?

Так. Збільшений зазор прогресує, а випадіння стопорного кільця може пошкодити циліндр. При появі стуку двигун треба продіагностувати якнайшвидше.

Чи можна замінити лише палець без поршня?

Так, якщо посадка в бобишках поршня в нормі. Але часто палець і поршень постачають комплектом, а розбиту бобишку не відновлюють.

Чому стук пальця чути краще на прогрітому двигуні?

На прогрітому двигуні масло рідше, зазори в алюмінієвому поршні змінюються, і демпфування удару масляною плівкою слабшає.

Чи можна поставити палець від іншого поршня?

Лише якщо збігаються діаметр, довжина, клас точності і маса, а поршень і шатун розраховані на нього. Зазвичай палець постачається комплектом з поршнем.

Як відрізнити стук пальця від стуку шатунного вкладиша?

Стук пальця дзвінкіший і частіше проявляється при різкій зміні навантаження, стук вкладиша глухіший і супроводжується падінням тиску масла. Остаточно розрізняють розбиранням.

Пов'язані сторінки бази знань TESMA

Суміжні деталі

Що ще почитати на цю тему

Товарні групи TESMA

Висновок

Поршневий палець з'єднує поршень і шатун і працює в парі з бобишками поршня та втулкою шатуна. Стук пальця потребує локалізації і вимірювань, а ремонт - оцінки всієї пари.

Правило TESMA: стопорні кільця пальця - тільки нові, зазори - тільки за документацією двигуна.