活动三 认识活塞连杆组的构造
一辆2012年产雪佛兰科鲁兹轿车，搭载LDE发动机，行驶里程2000km。该车发动机由于进水而损坏，需要更换活塞连杆总成。那什么是活塞连杆总成呢？它由哪些零件组成，又是如何工作的？下面就来一起学习一下。
活动目标
概念复习
曲柄连杆机构：曲柄连杆机构由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组组成，其作用是把燃料燃烧产生的热能转换为机械能。
活动过程
步骤一 认识活塞连杆组的作用和结构
1．活塞连杆组的作用
活塞连杆组的作用是承受气体的作用力，并将活塞的往复直线运动传递给曲轴。
2．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、连杆轴承等零部件组成，如图2-63所示。
图2-63 活塞连杆组结构
步骤二 了解活塞的作用和结构
1．活塞的作用
活塞承受气缸中的燃烧压力，并将此压力通过活塞销和连杆传给曲轴。此外，活塞还与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。
2．活塞的结构
活塞可分为活塞顶部、活塞头部和活塞裙部3部分，如图2-64所示。
图2-64 活塞的结构
（1）活塞顶部
活塞顶部是燃烧室的组成部分，常制成不同的形状，如图2-65所示。汽油发动机活塞顶部多采用平顶或凹顶。现代发动机都是高压缩比发动机，所以在活塞顶部开有气门避让孔，防止气门撞击活塞，如图2-66所示。
图2-65 活塞顶部的形状
图2-66 气门避让孔
（2）活塞头部
活塞顶部至最下面一道活塞环槽之间的部分称为活塞头部，活塞头部的结构如图2-67所示，其主要用来是安装各活塞环。上面的两道槽用来安装气环，最下面的一道槽用来安装油环。由于第一道气环的压力比较大，所以在第一道气环环槽处安装第一道气环加强环。油环槽的底部钻有若干回油孔，使油环从气缸壁上刮下的多余润滑油经此流回油底壳。
图2-67 活塞头部的结构
（3）活塞裙部
活塞环槽以下的所有部分称为活塞裙部，其作用是引导活塞在气缸中做往复运动，并承受侧压力，活塞裙部的结构如图2-68所示。
图2-68 活塞裙部的结构
发动机工作时，为使活塞受热后能与气缸壁间保持均匀的间隙，通常采取：①活塞裙部制成锥形；②在活塞上开绝热糟及膨胀糟，如图2-69所示。
高速发动机的活塞，将活塞销座孔向主推力面偏移1～2mm，可减轻活塞越过上止点时产生的“敲缸”现象，如图2-70所示。如果装反会出现明显的振动和噪声。为了防止装反，活塞顶上一般都打有箭头等安装记号。箭头指向发动机的前端。
图2-69 活塞裙部结构
图2-70 活塞销座孔偏置
步骤三 掌握活塞环的分类、作用和结构
1．活塞环的分类
活塞环是中间断开的弹性金属环，可分为气环和油环两种。
活塞环在高温、高压、高速及润滑条件极差的条件下工作，是发动机所有零件中最易磨损的。
2．气环的作用、密封原理及结构
（1）气环的作用
气环的作用是密封气缸中的高温、高压燃气，防止它们漏入曲轴箱，同时，它还将活塞头部70％～80％的热量传导给气缸壁。
（2）气环的密封原理
气环在自由状态下，外径略大于气缸直径，如图2-71所示。装入气缸后因压缩产生弹力，在弹力的作用下紧贴在气缸壁上。当发动机工作时，高压气体的压力更加强了活塞环的密封作用。
图2-71 气环的密封
（3）气环的结构
①端隙。活塞装入气缸后，活塞环开口处两端的距离称为活塞环的端隙，如图2-71所示。若端隙过大，则漏气量大，使发动机的功率减小；端隙过小，会使活塞环高温时在气缸中卡滞，拉伤气缸并造成断裂。端隙一般为0.20～0.90mm。为了防止气体从端隙处漏出，活塞环的开口相互错开90°～120°，从而对气缸中的高压燃气进行有效的密封。
②侧隙。活塞环与环槽间存在轴向的间隙，该间隙称为侧隙，如图2-72所示。侧隙过大，会造成响声、引起漏气；侧隙过小，活塞环受热卡死在环槽中会拉伤气缸并漏气。
图2-72 活塞环的侧隙和背隙
③背隙。背隙是活塞环装入气缸后，活塞环背面与环槽底部的间隙，如图2-72所示。
④气环的断面形状。气环的断面决定了气环与缸套接触面积的大小。接触面积越小，越利于密封并能减少气环运动消耗的功，并增大发动机的输出功率。
如图2-73所示，气环常见的断面形状有以下几种：
图2-73 气环断面形状
矩形环：结构简单、散热性好，但有泵油作用。
锥面环：与缸壁为线接触，有利于密封和磨合，但其传热性差，不宜用于第一道气环。
梯形环：主要优点是能使沉积在环槽中的结焦挤出，同时其密封作用强，使用寿命长，但上、下两面的精磨工艺较复杂。
桶面环：接触面积小，有利于密封，但凸圆弧表面的加工较困难。
扭曲环：扭曲环除具有锥面环的优点外，还能减小泵油作用、减轻磨损、提高散热能力，目前在发动机上得到广泛的应用。扭曲环分内倒角在上的正扭曲环和外倒角在下的反扭曲环，如图2-74所示，目前大部分扭曲环同时使用这两种结构。
图2-74 扭曲环的工作原理
3．油环
（1）油环的作用
活塞上行时，油环将润滑油均匀分布到气缸壁上；活塞下行时，油环刮去多余的润滑油，经活塞上的回油孔流回油底壳，如图2-75所示。油环还起到辅助密封的作用。
图2-75 油环的作用
目前汽车发动机的油环有普通油环和组合油环两种，如图2-76所示。
图2-76 油环的分类
（2）油环的结构
普通油环的断面与矩形气环相似。为提高对缸壁的压力，增强刮油效果，在其外圆上切有环形槽，槽底开有若干个回油孔或狭缝，如图2-76所示。
组合油环由上、下刮片和产生径向、轴向弹力作用的衬簧组成，如图2-76所示。主要优点为刮油能力强，对缸套变形的适应性好，回油通路大。
步骤四 认识活塞销的作用和结构
1．活塞销的作用
活塞销的作用是连接活塞和连杆小头，将活塞所承受的气体压力传给连杆。
2．活塞销的结构
卡簧和活塞销的结构如图2-77所示。根据活塞销与活塞销座孔和连杆小头衬套孔的配合情况，将活塞销分为全浮式和半浮式两种活塞销，如图2-78所示。
图2-77 卡簧和活塞销的结构
图2-78 活塞销的结构
全浮式活塞销在发动机运转过程中，活塞销在连杆小头衬套孔和活塞销座孔内作自由转动，增大了实际活动接触面，减少磨损且使磨损较均匀。科鲁兹发动机采用该活塞销。
为防止活塞销的轴向窜动而损坏气缸壁，在活塞销座两端用活塞销卡簧来限位。
步骤五 了解连杆的作用和结构
1．连杆的作用
连杆的作用是将活塞承受的力传给曲轴，推动曲轴转动，将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。
2．连杆的结构
连杆可分为连杆小头、杆身和连杆大头三部分，如图2-79所示。
（1）连杆小头
连杆小头主要用来安装活塞销，从而连接活塞。全浮式连杆小头孔内压有减磨衬套。
（2）杆身
连杆杆身多采用“工”字形断面，以提高其抗弯刚度。在杆身内有纵向的压力油通道，以对活塞销进行压力润滑。
图2-79 连杆的结构
（3）连杆大头
连杆大头与曲轴的连杆轴颈相连。为便于安装，通常将连杆大头做成剖分式，上半部与杆身为一体，下半部即连杆盖，两者通过连杆螺栓连接。
连杆大头的切口形式有两种，如图2-80所示。连杆大头沿着与杆身轴线垂直的方向切开，称为横切口连杆，多用于汽油发动机。有些柴油发动机的连杆大头尺寸较大，为了维修拆装时仍能将其从气缸中抽出，将连杆大头沿与连杆杆身轴线成30°～60°（常用45°）的方向切开，即为斜切口连杆。
图2-80 连杆大头
步骤六 认识连杆轴承的作用和结构
1．连杆轴承的作用
连杆轴承装在连杆大头孔内，用以保护连杆轴颈及连杆大头孔。
2．连杆轴承的结构
现在汽车发动机用的连杆轴承是由钢背、减磨层和镀在表面的耐磨合金组成的，如图2-81所示。
图2-81 连杆轴承的结构
在自由状态下，轴承的曲率半径和周长都略大于连杆大头孔的曲率半径和周长，装入后，使其紧贴在大头的孔壁上。在两个轴承的剖分面上，均制有定位凸键，以防止连杆轴承在工作中发生转动或轴向移动；在其内表面还加工有油槽用以贮油，从而保证轴承的润滑。
活动评价
试着完成下面的练习题，而后将自己的答案与课本对照，将错误答案改正过来并仔细复习相关内容，直到能够正确完成所有练习为止。
一、填空题
1．活塞连杆组由＿＿＿、活塞环、＿＿＿、＿＿＿等组成。
2．活塞结构由活塞顶部、＿＿＿、＿＿＿等组成。
3．连杆结构由连杆小头、＿＿＿、＿＿＿等组成。
二、判断题
1、科鲁兹发动机活塞头部有气门避让孔。（ ）
2、气环在自由状态下，外径略小于气缸直径。（ ）
3、连杆轴承装在连杆小头孔内，用以保护连杆轴颈及连杆大头孔。（ ）
4、科鲁兹发动机采用全浮式活塞销。（ ）
三、看图识物
1．根据图2-82所示活塞连杆组结构，填入对应字母。
A．连杆 B．连杆螺栓 C．活塞 D．活塞销
E．上刮片 F．第一道气环 G．弹簧片 H．下刮片
I．活塞销卡簧 J．连杆轴承 K．连杆轴承盖 L．第二道气环
图2-82 活塞连杆组结构习题图
2．根据图2-83所示活塞的结构，填入对应字母。
A．油环环槽 B．第一道气环加强环
C．回油孔 D．气环环槽
图2-83 活塞的结构习题图