Piston Ô Tô Là Gì? Cấu Tạo, Nguyên Lý Và Ứng Dụng Của Piston Ô Tô

Một trong những phát triển quan trọng trong lịch sử kỹ thuật là việc phát minh ra động cơ đốt trong. Điều đó có nghĩa là kết hợp cơ cấu piston, xi lanh và thanh truyền tạo thành buồng đốt, cung cấp lực cần thiết để động cơ xe hoạt động hiệu quả. Vậy Piston ô tô là gì? Hãy cùng  tìm hiểu về vai trò và cấu tạo của piston trong hệ thống động cơ đốt trong nhé.

Piston ô tô là gì?

Piston là bộ phận không thể thiếu trong các máy móc như động cơ ô tô, máy nén khí, máy bơm, xi lanh thủy lực và xi lanh khí nén. Trong hệ thống bơm, piston có nhiệm vụ nén chất lỏng trong xi lanh dưới tác dụng của lực trục khuỷu.

Trong động cơ, piston truyền lực từ khí nén trong xi lanh đến trục khuỷu thông qua thanh nối. Ngoài ra, piston còn đóng vai trò quan trọng ở một số động cơ bằng cách điều chỉnh cổng trong xi lanh.

Piston tuân theo một quá trình tuần hoàn để liên tục chuyển hóa năng lượng nhiệt và có nhiều cách để hoàn thành chu trình này. Các phương pháp 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 một chu trình mới.

Cấu tạo của piston ô tô

Piston là bộ phận quan trọng của động cơ ô tô gồm có các bộ phận chính sau:

• Vòng Piston

Vòng piston đóng vai trò bịt kín khí trong xi lanh, ngăn không cho khí cháy lọt vào khe hở giữa piston và thành xi lanh. Điều này duy trì áp suất khí nén giữa hai bức tường này.

• Chốt Piston

Chốt piston hay còn gọi là chốt gudgeon hoặc chốt cổ tay, nối piston với đầu nhỏ của thanh kết nối. Bản thân chốt có cấu trúc hình trụ rỗng để giảm trọng lượng.

• Váy Piston

Váy Piston thường được làm bằng gang để có khả năng chống mài mòn và tự bôi trơn cao hơn. Váy piston có các rãnh để chứa các vòng dầu piston và các vòng nén.

• Đầu Piston

Đầu piston tiếp xúc trực tiếp với khí cháy và phải chịu được nhiệt độ cao. Vì vậy, các bộ phận đầu piston thường được chế tạo từ các hợp kim đặc biệt như hợp kim thép. Ngoài ra, đầu piston còn được thiết kế các rãnh và buồng tạo xoáy, cải thiện quá trình cháy.

• Vòng bi piston

Đây là phần piston nằm ở vị trí trục quay. Vòng bi piston thường có hình bán nguyệt để dễ dàng lắp vào các lỗ tương ứng. Vòng bi piston được làm từ các vật liệu như chì, đồng, nhôm silicon và được tráng phủ để cải thiện độ cứng và hỗ trợ tải trọng từ chuyển động của thanh truyền và piston.

• Thanh kết nối

Thanh truyền hay còn gọi là thanh truyền là bộ phận của động cơ đốt trong nối piston với trục khuỷu. Thanh truyền di chuyển về phía trước, kết hợp với piston quay làm quay trục khuỷu.

Đây là kết cấu chi tiết của piston trên ô tô, một bộ phận không thể thiếu của động cơ ô tô.”

Nguyên lý hoạt động của piston ô tô

Piston trong động cơ ô tô hoạt động theo các bước gọi là hành trình. Hành trình này được đặc trưng bởi vị trí của piston trong xi lanh, bao gồm các vị trí trên, giữa và dưới. Việc cung cấp nhiên liệu và hoạt động của piston diễn ra theo trình tự chính xác. Chu trình cháy bắt đầu khi piston ở trên đỉnh xi lanh, trong thời gian đó van nạp và van xả đóng lại.

Tiếp theo, piston di chuyển xuống dưới và tạo ra chân không phía trên. Lúc này không khí và nhiên liệu được hút vào xi lanh khi van nạp đóng lại. Sau đó, piston di chuyển lên và do tất cả các van đều đóng nên khí nén hoặc hỗn hợp nhiên liệu sẽ tạo ra một không gian áp suất cao giữa piston và đầu xi lanh.

Hỗn hợp này sau đó sẽ bốc cháy và đẩy piston xuống. Các van xả mở ra, cho phép các sản phẩm cháy thoát ra ngoài khi piston di chuyển lên. Piston tiếp tục chuyển động đẩy khí thải ra ngoài và khi van nạp mở ra, nhiên liệu và không khí mới lại được hút vào xi lanh. Quá trình này lặp đi lặp lại, tạo nên chu trình hoạt động của động cơ ô tô.

Ứng dụng phổ biến của Piston

Piston được sử 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 truyền động ram hoặc tác động kép.
• Trong súng tự nạp, hãy nhấn chốt.
• Trong điều hòa không khí để lưu thông chất lỏng.
• Trong động cơ hơi nước để chuyển 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 nên buồng đốt cùng với xi lanh và nắp động cơ ở động cơ ô tô mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc đóng mở cửa nạp và cổng xả ở động cơ piston hai thì. Do thường xuyên hoạt động trong điều kiện nhiệt độ cao và chịu ma sát với thành xi lanh nên cần kiểm tra, bảo dưỡng piston thường xuyên để đảm bảo động cơ hoạt động ổn định.

Piston thường được làm bằng vật liệu gì?

Piston , một bộ phận quan trọng trong động cơ, đòi hỏi vật liệu chế tạo phải đáp ứng một số tiêu chí quan trọng. Do phải làm việc dưới áp suất và nhiệt độ cao, cùng với ma sát liên tục nên vật liệu chế tạo piston cần phải đáp ứng các yêu cầu sau:

• Trọng lượng riêng thấp: Giảm tải 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 chống mài mòn cao: Đảm bảo tuổi thọ và độ tin cậy của piston trong quá trình vận hành.
• Hệ số giãn nở nhiệt thấp: Để tránh biến dạng do nhiệt độ và áp suất cao.
• Dễ gia công (đúc, cắt): Giúp cho quá trình chế tạo piston trở nên dễ dàng và hiệu quả.
• Dễ tìm: Nguyên liệu phải có sẵn và dễ tiếp cận để giữ cho quá trình sản xuất hiệu quả và linh hoạt.

Có một số vật liệu thông dụng được sử dụng để chế tạo piston, trong đó hợp kim nhôm của Đức được ưa chuộng. Hợp kim nhôm Đức có ưu điểm là trọng lượng nhẹ, khả năng truyền nhiệt tốt, hệ số ma sát thấp, dễ cắt.

Tuy nhiên, piston nhôm cũng có nhược điểm là hệ số giãn nở nhiệt lớn và khả năng chống mài mòn kém hơn gang. Tùy thuộc vào yêu cầu và ứng dụng cụ thể, piston đôi khi cũng được làm bằng gang hoặc thép, đặc biệt là trong động cơ tốc độ cao và tải trọng lớn.

Trên đây là những thông tin cần thiết về piston là gì, cấu tạo, nguyên lý và ứng dụng của piston nói riêng và piston ô tô nói riêng.