活塞连杆组处于发动机的中心位置, 是发动机的动力源。 活塞连杆组将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动, 并把作用在活塞组上的燃气压力传递给曲轴, 使曲轴旋转并输出动力。

  一、 活塞连杆组的结构

  活塞连杆组主要由活塞、 活塞环、 活塞销、 连杆、 连杆轴瓦、 连杆轴承盖、 连杆螺栓等组成。

  1. 活塞

  活塞是发动机的重要动力部件, 活塞与气缸盖、 气缸等形成密闭的容器, 保证工作过程的顺利进行, 同时将承受的燃气压力变为动力, 通过连杆传给曲轴。

  活塞需要承受高温高压, 并在高速、 润滑不良和散热困难的条件下工作。因此, 活塞需要有足够大的刚度和强度, 还需要耐高温、 高压, 且重量较轻。活塞一般采用铝合金制成。

  活塞顶部与气缸盖、 气缸体共同组成燃烧室。顶部的凹坑可以改善混合气的形成和燃烧情况。活塞头部是指活塞环槽以上的部分。油环下面钻有许多油孔, 油环从气缸壁上刮下来的机油可以通过油孔流回油底壳。活塞裙部是指油环槽以下部分, 用于活塞在气缸内做往复运动时导向和承受侧压力。

  2. 活塞环

  活塞环包括气环和油环两种,气环的作用是保证活塞与气缸壁间的密封, 防止高温高压燃气进入曲轴箱; 同时还将活塞顶部的大部分热量传导给气缸体, 再由冷却液或空气带走。油环由两片刮片和衬簧组成, 它主要起到刮油、 布油和辅助密封作用。油环用来刮除气缸体上多余的机油, 并在气缸体上铺涂一层均匀的机油膜, 这样既可以防止机油串入, 又可以减小活塞与气缸之间的摩擦阻力。

  3. 活塞销

  活塞销的作用是连接活塞和连杆小头, 它把活塞承受的气体作用力传递给连杆, 使连杆小头同活塞一起运动。为了减轻重量, 活塞销一般用优质合金钢制造, 并做成空心。活塞销多采用 “ 全浮式” 支撑, 它可以在连杆小头衬套和销座孔内转动,其两端采用卡环定位。“ 半浮式” 活塞销通常与连杆小头固定, 与活塞之间可以相对运动。

  4. 连杆

  连杆是活塞与曲轴连接的部件, 其作用是将活塞承受的力传给曲轴, 并将活塞往复运动变为曲轴的旋转运动。

  连杆由连杆小头、 杆身和连杆大头构成。连杆小头通过活塞销连接活塞, 有些连杆小头孔内还压入耐磨青铜衬套。连杆小头油孔向活塞顶内壁喷射机油, 用于冷却活塞。连杆大头通过连杆轴承连接曲轴, 连杆大头孔内安装连杆轴承。连杆通常采用碳钢等材料锻造成形, 为了减轻重量及不易变形, 断面均制成“ 工” 字形。

  连杆轴承用来保护曲轴连杆轴颈及连杆大头孔, 它由钢背和减摩层组成。钢背由 1 ~ 3mm 的低碳钢制成。减摩层为 0. 3 ~ 0. 7mm 的减摩合金, 层质较软, 能有效保护轴颈。

  二、 活塞连杆组的拆卸和安装

  1. 拆装前的准备

  1) 准备好活塞环压缩器、 活塞环扩张器、 连杆校正仪等活塞连杆组拆装专用设备, 及千分尺、 塞尺等量具。

  2) 用橡胶锤推出活塞连杆组时, 应事先刮去气缸上的积炭形成的台阶, 以免损坏活塞环。注意清除气缸上的积炭时, 不要采用过于锋利的刮刀, 以免损坏气缸。

  3) 测量工具要轻拿轻放, 不得碰撞或跌落。

  4) 准备软管, 拆下连杆螺母时, 剪一段短软管套在连杆螺栓上, 防止损伤螺纹。

  2. 拆装的其他注意事项

  1) 彻底清洗活塞连杆组零部件, 目视检查活塞等零部件有无明显的损坏, 如活塞、 连杆轴承等出现损伤, 则需要更换。

  2) 需要敲击活塞或连杆时, 只能采用橡胶锤或木棒。用橡胶锤推出活塞连杆组时, 注意不要倾斜, 不要硬撬和硬敲, 以免损坏气缸。

  3) 取出活塞连杆组后, 应将连杆轴承盖、 螺栓螺母及连杆轴承按原位装回, 并检查连杆的装配标记及序号。安装连杆时, 其止口方向应与气缸体曲轴轴承止口方向一致。

  4) 装配活塞环从下至上的顺序: 油环隔圈、 油环侧轨、 第二道环、 一道环。用活塞环扩张器拆下活塞环, 观察活塞环上的标记, “ TOP” 朝向活塞顶。安装活塞环时, 将活塞环开口相互错开 120° ( 对 3 道气环而言) 或 180° ( 对 2 道气环而言) , 不要重合, 且避开活塞销座及其垂直部分, 将 1 ~ 3 道气环的切口相互错开形成“ 迷宫式” 封气装置。

  5) 观察活塞的安装方向及序号, 如果无序号则需要进行标记, 有的活塞上标有 “ IN”的位置朝向发动机进气侧。

  6) 拆卸活塞, 加热到 60℃ , 利用专用工具, 拆下活塞销。活塞和活塞销是配套件, 需要注意按顺序摆放。

  7) 将 1 缸曲柄转到下止点位置, 使用活塞环压缩器, 按正确的位置把活塞和连杆总成推入各自的气缸, 注意活塞的标记朝前, 然后把连杆轴承盖装在连杆上。

  8) 在连杆盖螺母下方涂一薄层机油, 拧紧螺母时应多次交替进行, 以 29N·m +90°的方法拧紧螺母。拧紧螺母后, 曲轴应转动灵活。

  9) 安装活塞销卡环时, 其端隙与活塞上的安装切口部位要错开。

  三、 活塞连杆组的检修

  1. 检测活塞与气缸配合间隙

  在与活塞销孔轴线垂直的方向处测量活塞头部直径, 在距活塞底部12. 6mm 处, 丰田 1ZR 发动机标准直径为 80. 461 ~ 80. 471mm。若直径不符合标准要求, 应更换活塞。以上止点时活塞裙部所对应位置作为测量点, 使用量缸表测量气缸内径。用气缸直径减去活塞直径即配合间隙, 也是活塞油膜间隙, 丰田 1ZR 发动机活塞油膜间隙标准为0. 029 ~ 0. 052mm。超过大油膜间隙 0. 090mm 时, 需要更换所有活塞或气缸体。

  2. 检查活塞环的配合间隙

  活塞环的背隙是活塞与活塞环装入气缸后, 活塞环内圆柱面与活塞环槽底间的间隙, 其值为活塞环槽深度与活塞径向厚度的差值。丰田 1ZR 发动机 3 道活塞环标准间隙分别为:一道为 0. 02 ~ 0. 07mm, 第二道为 0. 02 ~ 0. 06mm, 第三道 ( 油环) 为 0. 02 ~ 0. 065mm。如果环槽间隙不符合规定, 则应更换活塞。

  活塞环侧隙是指活塞环的厚度与活塞上相应环槽宽度的差值, 其测量方法。活塞环端隙是指活塞环随活塞装入气缸后环的两端头之间的间隙, 测量方法, 要用活塞从气缸体的顶部将活塞环推至活塞环底部使其行程超过 50mm。

  3. 检查活塞销油膜间隙

  测量活塞销孔径、 连杆小头孔径、 活塞销直径, 分别用活塞销孔径、 连杆小头孔径减去活塞销直径, 即油膜间隙, 油膜间隙通常不应大于 0. 01mm。

  4. 检查连杆的损坏情况

  检查连杆螺栓受力部分的直径, 如果直径小于小值, 则更换连杆螺栓。查看连杆的凸点朝前标志, 分清测量的 A 向和 B 向, 正对着朝前标志, 与垂直方向偏左相夹 15°大头直径方向为 A 向, 与水平面右端偏上相夹 15°直径方向为 B 向。用内径百分表测量 A 前、 A 后、 B 前、 B 后的数值, 并计算出圆度和圆柱度。