活動三　認識活塞連桿組的構造

一輛2012年產雪佛蘭科魯茲轎車，搭載LDE發動機，行駛里程2000km。該車發動機由于進水而損壞，需要更換活塞連桿總成。那什么是活塞連桿總成呢？它由哪些零件組成，又是如何工作的？下面就來一起學習一下。

活動目標

概念復習

曲柄連桿機構：曲柄連桿機構由機體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組組成，其作用是把燃料燃燒產生的熱能轉換為機械能。

活動過程

步驟一　認識活塞連桿組的作用和結構

1．活塞連桿組的作用

活塞連桿組的作用是承受氣體的作用力，并將活塞的往復直線運動傳遞給曲軸。

2．活塞連桿組的結構

活塞連桿組主要由活塞、活塞環、活塞銷、連桿、連桿軸承等零部件組成，如圖2-63所示。

步驟二　了解活塞的作用和結構

1．活塞的作用

活塞承受氣缸中的燃燒壓力，并將此壓力通過活塞銷和連桿傳給曲軸。此外，活塞還與氣缸蓋、氣缸壁共同組成燃燒室。

2．活塞的結構

活塞可分為活塞頂部、活塞頭部和活塞裙部3部分，如圖2-64所示。

（1）活塞頂部

活塞頂部是燃燒室的組成部分，常制成不同的形狀，如圖2-65所示。汽油發動機活塞頂部多采用平頂或凹頂。現代發動機都是高壓縮比發動機，所以在活塞頂部開有氣門避讓孔，防止氣門撞擊活塞，如圖2-66所示。

（2）活塞頭部

活塞頂部至最下面一道活塞環槽之間的部分稱為活塞頭部，活塞頭部的結構如圖2-67所示，其主要用來是安裝各活塞環。上面的兩道槽用來安裝氣環，最下面的一道槽用來安裝油環。由于第一道氣環的壓力比較大，所以在第一道氣環環槽處安裝第一道氣環加強環。油環槽的底部鉆有若干回油孔，使油環從氣缸壁上刮下的多余潤滑油經此流回油底殼。

（3）活塞裙部

活塞環槽以下的所有部分稱為活塞裙部，其作用是引導活塞在氣缸中做往復運動，并承受側壓力，活塞裙部的結構如圖2-68所示。

發動機工作時，為使活塞受熱后能與氣缸壁間保持均勻的間隙，通常采取：①活塞裙部制成錐形；②在活塞上開絕熱糟及膨脹糟，如圖2-69所示。

高速發動機的活塞，將活塞銷座孔向主推力面偏移1～2mm，可減輕活塞越過上止點時產生的“敲缸”現象，如圖2-70所示。如果裝反會出現明顯的振動和噪聲。為了防止裝反，活塞頂上一般都打有箭頭等安裝記號。箭頭指向發動機的前端。

步驟三　掌握活塞環的分類、作用和結構

1．活塞環的分類

活塞環是中間斷開的彈性金屬環，可分為氣環和油環兩種。

活塞環在高溫、高壓、高速及潤滑條件極差的條件下工作，是發動機所有零件中最易磨損的。

2．氣環的作用、密封原理及結構

（1）氣環的作用

氣環的作用是密封氣缸中的高溫、高壓燃氣，防止它們漏入曲軸箱，同時，它還將活塞頭部70％～80％的熱量傳導給氣缸壁。

（2）氣環的密封原理

氣環在自由狀態下，外徑略大于氣缸直徑，如圖2-71所示。裝入氣缸后因壓縮產生彈力，在彈力的作用下緊貼在氣缸壁上。當發動機工作時，高壓氣體的壓力更加強了活塞環的密封作用。

（3）氣環的結構

①端隙。活塞裝入氣缸后，活塞環開口處兩端的距離稱為活塞環的端隙，如圖2-71所示。若端隙過大，則漏氣量大，使發動機的功率減小；端隙過小，會使活塞環高溫時在氣缸中卡滯，拉傷氣缸并造成斷裂。端隙一般為0.20～0.90mm。為了防止氣體從端隙處漏出，活塞環的開口相互錯開90°～120°，從而對氣缸中的高壓燃氣進行有效的密封。

②側隙。活塞環與環槽間存在軸向的間隙，該間隙稱為側隙，如圖2-72所示。側隙過大，會造成響聲、引起漏氣；側隙過小，活塞環受熱卡死在環槽中會拉傷氣缸并漏氣。

③背隙。背隙是活塞環裝入氣缸后，活塞環背面與環槽底部的間隙，如圖2-72所示。

④氣環的斷面形狀。氣環的斷面決定了氣環與缸套接觸面積的大小。接觸面積越小，越利于密封并能減少氣環運動消耗的功，并增大發動機的輸出功率。

如圖2-73所示，氣環常見的斷面形狀有以下幾種：

矩形環：結構簡單、散熱性好，但有泵油作用。

錐面環：與缸壁為線接觸，有利于密封和磨合，但其傳熱性差，不宜用于第一道氣環。

梯形環：主要優點是能使沉積在環槽中的結焦擠出，同時其密封作用強，使用壽命長，但上、下兩面的精磨工藝較復雜。

桶面環：接觸面積小，有利于密封，但凸圓弧表面的加工較困難。

扭曲環：扭曲環除具有錐面環的優點外，還能減小泵油作用、減輕磨損、提高散熱能力，目前在發動機上得到廣泛的應用。扭曲環分內倒角在上的正扭曲環和外倒角在下的反扭曲環，如圖2-74所示，目前大部分扭曲環同時使用這兩種結構。

3．油環

（1）油環的作用

活塞上行時，油環將潤滑油均勻分布到氣缸壁上；活塞下行時，油環刮去多余的潤滑油，經活塞上的回油孔流回油底殼，如圖2-75所示。油環還起到輔助密封的作用。

目前汽車發動機的油環有普通油環和組合油環兩種，如圖2-76所示。

（2）油環的結構

普通油環的斷面與矩形氣環相似。為提高對缸壁的壓力，增強刮油效果，在其外圓上切有環形槽，槽底開有若干個回油孔或狹縫，如圖2-76所示。

組合油環由上、下刮片和產生徑向、軸向彈力作用的襯簧組成，如圖2-76所示。主要優點為刮油能力強，對缸套變形的適應性好，回油通路大。

步驟四　認識活塞銷的作用和結構

1．活塞銷的作用

活塞銷的作用是連接活塞和連桿小頭，將活塞所承受的氣體壓力傳給連桿。

2．活塞銷的結構

卡簧和活塞銷的結構如圖2-77所示。根據活塞銷與活塞銷座孔和連桿小頭襯套孔的配合情況，將活塞銷分為全浮式和半浮式兩種活塞銷，如圖2-78所示。

全浮式活塞銷在發動機運轉過程中，活塞銷在連桿小頭襯套孔和活塞銷座孔內作自由轉動，增大了實際活動接觸面，減少磨損且使磨損較均勻。科魯茲發動機采用該活塞銷。

為防止活塞銷的軸向竄動而損壞氣缸壁，在活塞銷座兩端用活塞銷卡簧來限位。

步驟五　了解連桿的作用和結構

1．連桿的作用

連桿的作用是將活塞承受的力傳給曲軸，推動曲軸轉動，將活塞的往復運動轉變為曲軸的旋轉運動。

2．連桿的結構

連桿可分為連桿小頭、桿身和連桿大頭三部分，如圖2-79所示。

（1）連桿小頭

連桿小頭主要用來安裝活塞銷，從而連接活塞。全浮式連桿小頭孔內壓有減磨襯套。

（2）桿身

連桿桿身多采用“工”字形斷面，以提高其抗彎剛度。在桿身內有縱向的壓力油通道，以對活塞銷進行壓力潤滑。

（3）連桿大頭

連桿大頭與曲軸的連桿軸頸相連。為便于安裝，通常將連桿大頭做成剖分式，上半部與桿身為一體，下半部即連桿蓋，兩者通過連桿螺栓連接。

連桿大頭的切口形式有兩種，如圖2-80所示。連桿大頭沿著與桿身軸線垂直的方向切開，稱為橫切口連桿，多用于汽油發動機。有些柴油發動機的連桿大頭尺寸較大，為了維修拆裝時仍能將其從氣缸中抽出，將連桿大頭沿與連桿桿身軸線成30°～60°（常用45°）的方向切開，即為斜切口連桿。

步驟六　認識連桿軸承的作用和結構

1．連桿軸承的作用

連桿軸承裝在連桿大頭孔內，用以保護連桿軸頸及連桿大頭孔。

2．連桿軸承的結構

現在汽車發動機用的連桿軸承是由鋼背、減磨層和鍍在表面的耐磨合金組成的，如圖2-81所示。

在自由狀態下，軸承的曲率半徑和周長都略大于連桿大頭孔的曲率半徑和周長，裝入后，使其緊貼在大頭的孔壁上。在兩個軸承的剖分面上，均制有定位凸鍵，以防止連桿軸承在工作中發生轉動或軸向移動；在其內表面還加工有油槽用以貯油，從而保證軸承的潤滑。

活動評價

試著完成下面的練習題，而后將自己的答案與課本對照，將錯誤答案改正過來并仔細復習相關內容，直到能夠正確完成所有練習為止。

一、填空題

1．活塞連桿組由＿＿＿、活塞環、＿＿＿、＿＿＿等組成。

2．活塞結構由活塞頂部、＿＿＿、＿＿＿等組成。

3．連桿結構由連桿小頭、＿＿＿、＿＿＿等組成。

二、判斷題

1、科魯茲發動機活塞頭部有氣門避讓孔。（　）

2、氣環在自由狀態下，外徑略小于氣缸直徑。（　）

3、連桿軸承裝在連桿小頭孔內，用以保護連桿軸頸及連桿大頭孔。（　）

4、科魯茲發動機采用全浮式活塞銷。（　）

三、看圖識物

1．根據圖2-82所示活塞連桿組結構，填入對應字母。

A．連桿　B．連桿螺栓　C．活塞　D．活塞銷

E．上刮片　　F．第一道氣環　G．彈簧片　H．下刮片

I．活塞銷卡簧　J．連桿軸承　K．連桿軸承蓋　L．第二道氣環

2．根據圖2-83所示活塞的結構，填入對應字母。

A．油環環槽　B．第一道氣環加強環

C．回油孔　D．氣環環槽