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活塞與連桿
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我們在「引擎概論」中可以知道,活塞是在汽缸中往復運動來壓縮空氣,並且承受油氣爆炸時的動力,而連桿將活塞與曲軸連結,並且把活塞直線的往復運動轉化成曲軸的旋轉運動。以下將介紹活塞、活塞環以及連桿的機械特性:

活塞與活塞環

從活塞的外型來看,有活塞頂面、活塞頂座、三道活塞環槽、活塞裙及活塞銷。活塞頂面與汽缸頭形成引擎的燃燒室;三道活塞環分別嵌入上壓縮環、第二壓縮環及刮油環;活塞裙則承受活塞動力行程及壓縮行程時因連桿擺動所造成對汽缸壁的衝擊力;而連桿是藉著活塞銷與活塞結合。活塞通常由鋁合金製成,並且其熱膨脹係數必須很低,以免活塞受熱膨脹而卡在汽缸內;另一方面,活塞的散熱性也要很好,避免成為燃燒室的「熱點」而引發爆震。

在造型上,活塞的頂面會依功能需求而有不同的設計及加工,例如有些二行程引擎,會將活塞頂面設計成海浪狀,讓進氣氣流轉而能在汽缸中行成一股迴旋氣流,以幫助掃除廢氣;柴油引擎會在活塞頂面設計成各種形式之凹槽,好使燃油噴入燃燒室撞擊活塞頂面後,能形成渦流而與燃燒室內的空氣充分混和,某些強調高性能的引擎,其活塞頂面也會有螺旋狀刻痕,以幫助進入引擎室的混合氣能產生渦流而提高燃燒效率。

活塞環為一環狀合金鑄鐵,其上有一缺口,在嵌入活塞環槽之前其外徑大於汽缸內徑,當活塞裝入汽缸後,活塞環則與汽缸壁緊密貼合而成為正圓形,而且各活塞環之缺口必須錯開,以免造成引擎漏氣或過多機油流至燃燒室內。活塞環由兩個壓縮環及一個刮油環為一組,其功用分別為密封燃燒室、將活塞的熱傳至汽缸壁、將適量的機油攜帶至活塞與汽缸壁間,並且刮除汽缸壁上過多的機油。

正常的汽缸壁上會有加工留下的「搪線」,這些搪線是以螺旋狀分佈於汽缸壁上,若活塞與汽缸產生不正常摩擦,汽缸壁上會產生與活塞運動方向平行的深刻刮痕,或是在活塞頂座、活塞裙上留下痕跡,這樣的引擎是必須要搪缸並更換活塞。而更嚴重的「縮缸」則是活塞與汽缸壁卡死,以致引擎無法運轉。

連桿

連桿兩端分別連結活塞與曲軸,連結活塞者稱為小端,而連結曲軸者稱為大端。在引擎運轉時,連桿小端隨活塞做上下運動,連桿大端隨曲軸作圓周擺動運動,並且要承受很大的應力,所以連桿斷面都設計成H型,以提高抗彎曲強度,而連桿多為鋁合金鍛造而成。

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