Về cơ bản, Piston là một đĩa chuyển động được đặt trong một xi lanh rắn bằng kim loại kín khí, di chuyển lên xuống trong xi-lanh rỗng của khối động cơ. Bản thân piston có kích thước nhỏ hơn lỗ hổng mà nó di chuyển, nhưng nó có các vòng piston chịu lực căng để đạt được độ kín khí nhất định. Nó hỗ trợ quá trình chuyển đổi năng lượng nhiệt thành quá trình cơ học và ngược lại. Chính vì thế nó được xem là thành phần chính của động cơ nhiệt.
Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động:
Động cơ đốt trong:
Đối với động cơ đốt trong, piston có nhiệm vụ cùng với xi lanh và nắp máy tạo thành buồng đốt. Nó nhận áp suất do sự giãn nở của khí cháy rồi truyền lực cho trục khuỷu, cung cấp động lực quay cho bánh đà để thực hiện quá trình nạp, nén và thải. Tại động cơ đốt trong thì nó còn thực hiện chức năng làm van đóng mở cửa hút và cửa xả. Động cơ đốt trong có thể hoạt động chỉ với một xi-lanh đơn hoặc nhiều nhất là 12 cái.
Cấu tạo piston động cơ đốt trong:
Piston có dạng hình trụ và chia làm 3 phần: đỉnh, đầu và thân. Đỉnh Piston có 3 dạng: đỉnh bằng, đỉnh lồi, đỉnh lõm. Đỉnh Piston nhập áp suất khí đốt và phải chịu nhiệt độ cao.
Đầu Piston có các rãnh để lắp các xec – măng khí và dầu. Đầu rãnh lắp xec – măng dầu sẽ được khoan các lỗ nhỏ thông vào bên trong nhằm cấp và thoát dầu.
Động cơ đốt ngoài (động cơ hơi nước):
Piston cũng có trong động cơ đốt ngoài, còn được gọi là động cơ hơi nước. Trong đó nước được làm nóng trong nồi hơi và hơi nước được sử dụng để đẩy piston lên xuống trong xi-lanh.
Cấu tạo: Piston có dạng đĩa phẳng do nó luân phiên nhận áp suất ở cả 2 mặt.
Nguyên tắc:
Một piston phải tuân theo một chu trình để nó có thể liên tục chuyển đổi năng lượng nhiệt để quá trình hoạt động diễn ra thuận lợi, và có nhiều cách để hoàn thành chu trình này. Ví dụ:
Bằng cách đưa nhiệt vào khí bên trong xi-lanh, khí sẽ mở rộng làm tăng thể tích trong xi lanh.
Bằng cách loại bỏ nhiệt từ xi-lanh, áp suất của khí sẽ giảm, giúp cho piston được nén dễ dàng hơn.
Bằng cách đưa khí vào piston, piston sẽ nén trở lại trạng thái ban đầu, sẵn sàng thực hiện chu trình một lần nữa.
Piston được làm bằng gì?
Các thành phần động cơ ngày nay, yêu cầu đầu tiên là sự bền bỉ và trọng lượng nhẹ để nâng cao hiệu quả; điều đó có nghĩa là tất cả các piston là một dạng hợp kim nhôm. Trở lại thời kỳ khai nguyên, poston được làm từ gang vì chúng rất bền và chịu nhiệt tốt. Khi quá trình luyện kim phát triển và nhiệt độ được kiểm soát tốt hơn thông qua thiết kế thì nhôm chính là nguyên liệu tối ưu nhất.
Các vòng piston đều được làm từ gang và hợp kim thép, vì hằng số lò xo cao hơn. Từ trên xuống, gói vòng bao gồm vòng nén, vòng gạt nước và vòng dầu. Vòng nén làm kín khoảng cách giữa piston và xi-lanh. Vòng gạt nước góp phần nén cũng như đẩy dầu thừa ra khỏi thành của xi-lanh khi piston di chuyển xuống dưới. Vòng dầu cũng mang chức năng lau dầu từ xi-lanh, sau đó đưa nó chảy ngược qua các lỗ nhỏ. Tuy nhiên, sau thời gian dài sử dụng, các vòng có thể bị mòn và mất tính đàn hồi, khiến dầu từ trục khuỷu di chuyển vào buồng đốt. |