活塞連桿組處于發動機的中心位置, 是發動機的動力源。 活塞連桿組將活塞的往復運動轉變為曲軸的旋轉運動, 并把作用在活塞組上的燃氣壓力傳遞給曲軸, 使曲軸旋轉并輸出動力。

  一、 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、 連桿軸瓦、 連桿軸承蓋、 連桿螺栓等組成。

  1. 活塞

  活塞是發動機的重要動力部件, 活塞與氣缸蓋、 氣缸等形成密閉的容器, 保證工作過程的順利進行, 同時將承受的燃氣壓力變為動力, 通過連桿傳給曲軸。

  活塞需要承受高溫高壓, 并在高速、 潤滑不良和散熱困難的條件下工作。因此, 活塞需要有足夠大的剛度和強度, 還需要耐高溫、 高壓, 且重量較輕。活塞一般采用鋁合金制成。

  活塞頂部與氣缸蓋、 氣缸體共同組成燃燒室。頂部的凹坑可以改善混合氣的形成和燃燒情況。活塞頭部是指活塞環槽以上的部分。油環下面鉆有許多油孔, 油環從氣缸壁上刮下來的機油可以通過油孔流回油底殼。活塞裙部是指油環槽以下部分, 用于活塞在氣缸內做往復運動時導向和承受側壓力。

  2. 活塞環

  活塞環包括氣環和油環兩種,氣環的作用是保證活塞與氣缸壁間的密封, 防止高溫高壓燃氣進入曲軸箱; 同時還將活塞頂部的大部分熱量傳導給氣缸體, 再由冷卻液或空氣帶走。油環由兩片刮片和襯簧組成, 它主要起到刮油、 布油和輔助密封作用。油環用來刮除氣缸體上多余的機油, 并在氣缸體上鋪涂一層均勻的機油膜, 這樣既可以防止機油串入, 又可以減小活塞與氣缸之間的摩擦阻力。

  3. 活塞銷

  活塞銷的作用是連接活塞和連桿小頭, 它把活塞承受的氣體作用力傳遞給連桿, 使連桿小頭同活塞一起運動。為了減輕重量, 活塞銷一般用優質合金鋼制造, 并做成空心。活塞銷多采用 “ 全浮式” 支撐, 它可以在連桿小頭襯套和銷座孔內轉動,其兩端采用卡環定位。“ 半浮式” 活塞銷通常與連桿小頭固定, 與活塞之間可以相對運動。

  4. 連桿

  連桿是活塞與曲軸連接的部件, 其作用是將活塞承受的力傳給曲軸, 并將活塞往復運動變為曲軸的旋轉運動。

  連桿由連桿小頭、 桿身和連桿大頭構成。連桿小頭通過活塞銷連接活塞, 有些連桿小頭孔內還壓入耐磨青銅襯套。連桿小頭油孔向活塞頂內壁噴射機油, 用于冷卻活塞。連桿大頭通過連桿軸承連接曲軸, 連桿大頭孔內安裝連桿軸承。連桿通常采用碳鋼等材料鍛造成形, 為了減輕重量及不易變形, 斷面均制成“ 工” 字形。

  連桿軸承用來保護曲軸連桿軸頸及連桿大頭孔, 它由鋼背和減摩層組成。鋼背由 1 ~ 3mm 的低碳鋼制成。減摩層為 0. 3 ~ 0. 7mm 的減摩合金, 層質較軟, 能有效保護軸頸。

  二、 活塞連桿組的拆卸和安裝

  1. 拆裝前的準備

  1) 準備好活塞環壓縮器、 活塞環擴張器、 連桿校正儀等活塞連桿組拆裝專用設備, 及千分尺、 塞尺等量具。

  2) 用橡膠錘推出活塞連桿組時, 應事先刮去氣缸上的積炭形成的臺階, 以免損壞活塞環。注意清除氣缸上的積炭時, 不要采用過于鋒利的刮刀, 以免損壞氣缸。

  3) 測量工具要輕拿輕放, 不得碰撞或跌落。

  4) 準備軟管, 拆下連桿螺母時, 剪一段短軟管套在連桿螺栓上, 防止損傷螺紋。

  2. 拆裝的其他注意事項

  1) 徹底清洗活塞連桿組零部件, 目視檢查活塞等零部件有無明顯的損壞, 如活塞、 連桿軸承等出現損傷, 則需要更換。

  2) 需要敲擊活塞或連桿時, 只能采用橡膠錘或木棒。用橡膠錘推出活塞連桿組時, 注意不要傾斜, 不要硬撬和硬敲, 以免損壞氣缸。

  3) 取出活塞連桿組后, 應將連桿軸承蓋、 螺栓螺母及連桿軸承按原位裝回, 并檢查連桿的裝配標記及序號。安裝連桿時, 其止口方向應與氣缸體曲軸軸承止口方向一致。

  4) 裝配活塞環從下至上的順序: 油環隔圈、 油環側軌、 第二道環、 一道環。用活塞環擴張器拆下活塞環, 觀察活塞環上的標記, “ TOP” 朝向活塞頂。安裝活塞環時, 將活塞環開口相互錯開 120° ( 對 3 道氣環而言) 或 180° ( 對 2 道氣環而言) , 不要重合, 且避開活塞銷座及其垂直部分, 將 1 ~ 3 道氣環的切口相互錯開形成“ 迷宮式” 封氣裝置。

  5) 觀察活塞的安裝方向及序號, 如果無序號則需要進行標記, 有的活塞上標有 “ IN”的位置朝向發動機進氣側。

  6) 拆卸活塞, 加熱到 60℃ , 利用專用工具, 拆下活塞銷。活塞和活塞銷是配套件, 需要注意按順序擺放。

  7) 將 1 缸曲柄轉到下止點位置, 使用活塞環壓縮器, 按正確的位置把活塞和連桿總成推入各自的氣缸, 注意活塞的標記朝前, 然后把連桿軸承蓋裝在連桿上。

  8) 在連桿蓋螺母下方涂一薄層機油, 擰緊螺母時應多次交替進行, 以 29N·m +90°的方法擰緊螺母。擰緊螺母后, 曲軸應轉動靈活。

  9) 安裝活塞銷卡環時, 其端隙與活塞上的安裝切口部位要錯開。

  三、 活塞連桿組的檢修

  1. 檢測活塞與氣缸配合間隙

  在與活塞銷孔軸線垂直的方向處測量活塞頭部直徑, 在距活塞底部12. 6mm 處, 豐田 1ZR 發動機標準直徑為 80. 461 ~ 80. 471mm。若直徑不符合標準要求, 應更換活塞。以上止點時活塞裙部所對應位置作為測量點, 使用量缸表測量氣缸內徑。用氣缸直徑減去活塞直徑即配合間隙, 也是活塞油膜間隙, 豐田 1ZR 發動機活塞油膜間隙標準為0. 029 ~ 0. 052mm。超過大油膜間隙 0. 090mm 時, 需要更換所有活塞或氣缸體。

  2. 檢查活塞環的配合間隙

  活塞環的背隙是活塞與活塞環裝入氣缸后, 活塞環內圓柱面與活塞環槽底間的間隙, 其值為活塞環槽深度與活塞徑向厚度的差值。豐田 1ZR 發動機 3 道活塞環標準間隙分別為:一道為 0. 02 ~ 0. 07mm, 第二道為 0. 02 ~ 0. 06mm, 第三道 ( 油環) 為 0. 02 ~ 0. 065mm。如果環槽間隙不符合規定, 則應更換活塞。

  活塞環側隙是指活塞環的厚度與活塞上相應環槽寬度的差值, 其測量方法。活塞環端隙是指活塞環隨活塞裝入氣缸后環的兩端頭之間的間隙, 測量方法, 要用活塞從氣缸體的頂部將活塞環推至活塞環底部使其行程超過 50mm。

  3. 檢查活塞銷油膜間隙

  測量活塞銷孔徑、 連桿小頭孔徑、 活塞銷直徑, 分別用活塞銷孔徑、 連桿小頭孔徑減去活塞銷直徑, 即油膜間隙, 油膜間隙通常不應大于 0. 01mm。

  4. 檢查連桿的損壞情況

  檢查連桿螺栓受力部分的直徑, 如果直徑小于小值, 則更換連桿螺栓。查看連桿的凸點朝前標志, 分清測量的 A 向和 B 向, 正對著朝前標志, 與垂直方向偏左相夾 15°大頭直徑方向為 A 向, 與水平面右端偏上相夾 15°直徑方向為 B 向。用內徑百分表測量 A 前、 A 后、 B 前、 B 后的數值, 并計算出圓度和圓柱度。