Một trong những đột phá quan trọng trong lịch sử kỹ thuật là việc phát minh động cơ đốt trong. Điều này bao gồm sự kết hợp của cơ chế piston, xi lanh và thanh truyền để tạo thành buồng đốt, đem lại hiệu suất hoạt động động cơ xe ô tô một cách tối ưu.
Để hiểu rõ hơn về vai trò và cấu tạo của piston trong hệ thống động cơ đốt trong, hãy cùng Phú Gia Auto tìm hiểu chi tiết về piston, một thành phần không thể thiếu trong động cơ ô tô.
Piston là gì?
Piston, hay còn gọi là pít tông, là một thành phần quan trọng trong các loại động cơ như động cơ ô tô, máy nén khí, máy bơm, xi lanh thủy lực và xi lanh khí nén. Trong hệ thống máy bơm, piston có nhiệm vụ nén chất lỏng trong xi lanh dưới tác động của lực từ trục khuỷu. Trong động cơ ô tô, piston chuyển lực từ khí nén trong xi lanh đến trục khuỷu thông qua thanh kết nối. Ngoài ra, pít tông còn có vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh cổng trong xi lanh.
Piston tuân thủ một quá trình tuần hoàn để chuyển đổi nhiệt năng liên tục. Có nhiều cách để hoàn thành chu trình này, bao gồm truyền và loại bỏ nhiệt khỏi xi lanh để tạo ra công hoặc nén piston trở lại trạng thái ban đầu để chuẩn bị cho chu trình mới.
Cấu tạo của Piston ô tô
Piston, một bộ phận quan trọng trong động cơ xe ô tô, bao gồm các thành phần chính sau:
Vòng Piston
Vòng piston đóng vai trò làm kín khí trong xi lanh, ngăn khí cháy xâm nhập vào khe hở giữa piston và thành xi lanh. Điều này duy trì áp suất khí nén giữa hai thành này.
Chốt Piston
Chốt piston, còn được gọi là chốt gudgeon hoặc chốt cổ tay, nối piston với đầu nhỏ của thanh truyền. Bản thân chốt có kết cấu trụ rỗng để giảm trọng lượng.
Váy Piston
Váy piston thường được làm bằng gang để tăng khả năng chống mài mòn và tự bôi trơn. Váy piston có các rãnh để lắp vòng dầu piston và các vòng nén.
Đầu Piston
Đầu piston tiếp xúc trực tiếp với khí đốt và phải chịu nhiệt độ cao. Vì thế, các bộ phận của đầu piston thường được làm từ các hợp kim đặc biệt như hợp kim thép. Ngoài ra, đầu piston còn được thiết kế với các rãnh và khoang tạo ra vòng xoáy, cải thiện quá trình đốt cháy.
Vòng Bi Piston
Đây là bộ phận piston nằm ở những điểm có chuyển động quay của trục. Vòng bi piston thường có hình dạng bán nguyệt để dễ dàng lắp vào các lỗ tương ứng. Các vòng bi piston được làm từ chất liệu như chì, đồng, nhôm silicon và được sơn phủ để cải thiện độ cứng và hỗ trợ tải trọng từ chuyển động của thanh kết nối và piston.
Thanh Kết Nối
Thanh kết nối, hay còn gọi là thanh truyền, là một phần của động cơ đốt trong có nhiệm vụ nối piston với trục khuỷu. Thanh kết nối chuyển động tịnh tiến, kết hợp với tay quay của piston để chuyển động quay của trục khuỷu.
Đây là cấu tạo chi tiết của piston trong xe ô tô, một phần không thể thiếu để động cơ hoạt động ổn định.
Nguyên lý hoạt động của Piston ô tô
Piston trong động cơ ô tô hoạt động theo các giai đoạn được gọi là hành trình. Hành trình này được đặc trưng bằng vị trí của piston trong xi lanh, bao gồm vị trí trên, giữa và dưới cùng. Quá trình cung cấp nhiên liệu và hoạt động của piston diễn ra theo một trình tự chính xác. Chu trình đốt cháy bắt đầu khi piston ở vị trí trên cùng của xi lanh, và trong thời điểm này, các van nạp và van xả đều đóng lại.
Tiếp theo, piston di chuyển xuống và tạo ra một không gian chân không phía trên. Khí và nhiên liệu lúc này được hút vào xi lanh khi van nạp đóng lại. Sau đó, piston chuyển động lên trên và vì tất cả các van đều đóng, hỗn hợp không khí hoặc nhiên liệu được nén tạo ra một không gian áp suất cao giữa piston và đầu xi lanh.
Hỗn hợp này sau đó sẽ bị kích nổ và đẩy piston xuống dưới. Các van xả mở ra, cho phép sản phẩm của quá trình đốt cháy thoát ra ngoài khi piston di chuyển lên. Piston tiếp tục di chuyển, đẩy khí thải ra ngoài và khi các van nạp mở, nhiên liệu và không khí mới lại được hút vào xi lanh. Quá trình này lặp lại, tạo nên chu trình hoạt động của động cơ ô tô.
Các ứng dụng thông dụng của Piston
Piston được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm:
- Trong buồng đốt của động cơ đốt trong.
- Trong máy bơm thủy lực và xi lanh thủy lực để làm bộ truyền ram hoặc những tác động kép.
- Trong súng tự nạp đạn, đẩy chốt.
- Trong máy điều hòa không khí để lưu thông chất lỏng.
- Trong động cơ hơi nước để chuyển đổi dòng đổi hơi nước thành năng lượng.
- Trong các bộ phận và thiết bị ô tô.
- Trong máy nén khí và máy bơm nhiệt.
Piston không chỉ tham gia tạo buồng cháy cùng với xi lanh và nắp máy trong động cơ ô tô, mà còn thực hiện vai trò quan trọng trong việc mở và đóng các cửa hút và xả ở động cơ hai kỳ piston. Do thường xuyên hoạt động ở điều kiện nhiệt độ cao và chịu ma sát với thành xi lanh, piston cần được kiểm tra và bảo dưỡng đều đặn để đảm bảo hoạt động ổn định của động cơ.
Piston thường được làm từ vật liệu gì?
Piston, một thành phần quan trọng trong động cơ, yêu cầu vật liệu chế tạo phải đáp ứng một số tiêu chí quan trọng. Vì phải làm việc dưới áp suất cao và nhiệt độ lớn, cùng với sự ma sát liên tục, vật liệu chế tạo piston cần thỏa mãn các yêu cầu sau:
- Trọng lượng riêng nhỏ: Để giảm tải trọng và tối ưu hóa hiệu suất động cơ.
- Độ bền cao: Đảm bảo piston hoạt động ổn định trong điều kiện áp suất và nhiệt độ cao.
- Hệ số ma sát thấp: Giảm ma sát giữa piston và thành xi lanh, tối ưu hóa hiệu suất làm việc.
- Khả năng chịu mài mòn cao: Đảm bảo tuổi thọ và độ tin cậy của piston trong quá trình hoạt động.
- Hệ số dãn nở nhiệt thấp: Để tránh sự biến dạng do nhiệt độ và áp suất cao.
- Dễ gia công (đúc, cắt gọt): Đảm bảo quá trình chế tạo piston dễ thực hiện và hiệu quả.
- Dễ tìm: Vật liệu phải có sẵn và dễ tiếp cận để giữ cho quá trình sản xuất hiệu quả và linh hoạt.
Có một số nguyên liệu phổ biến được sử dụng để chế tạo piston, trong đó hợp kim nhôm đặc biệt được ưa chuộng. Hợp kim nhôm đặc biệt có ưu điểm về trọng lượng nhẹ, khả năng truyền nhiệt tốt, hệ số ma sát thấp, và dễ gia công cắt gọt. Tuy nhiên, piston nhôm cũng có nhược điểm, bao gồm hệ số giãn nở nhiệt lớn và khả năng chịu mài mòn kém hơn so với gang.
Tùy thuộc vào yêu cầu và ứng dụng cụ thể, đôi khi piston cũng được chế tạo bằng gang hoặc thép, đặc biệt trong các động cơ cao tốc và tải trọng lớn.
Lời kết
Đó là những thông tin cần thiết về cấu tạo, nguyên lý và ứng dụng của piston trong động cơ ô tô. Hy vọng rằng bạn đã có cái nhìn sâu hơn về một trong những thành phần quan trọng nhất trong hệ thống động cơ ô tô. Đừng quên theo dõi Phú Gia Auto để cập nhật những kiến thức mới nhất về xe ô tô!
