Mục lục:
Kết cấu và kích thước
Đỉnh piston: bằng phẳng hoặc hơi lõm vào trong hoặc lồi ra ngoài. Qua việc tạo một lõm đốt trong đỉnh piston, buồng nén có thể được đẩy xâu vào piston.
Hình dạng của đỉnh piston cũng bị ảnh hưởng bởi hình dạng của buồng nén và bố trí của xu-páp (túi xu-páp trong đỉnh piston).
Vùng xéc măng: Có nhiệm vụ giữ xéc măng trong rãnh xéc măng và làm kín buồng đốt. Khoảng 50% nhiệt lượng tỏa lên piston được phần đầu piston hấp thụ và truyền đi.
Bờ chắn lửa: Bảo vệ xéc măng đầu tiên không bị nung quá nóng.
Thân piston: Có nhiệm vụ dẫn hướng piston trong xy-lanh và truyền lực ngang lên thành xy-lanh. Thân piston dài làm giảm tiếng ồn khi đổi điểm tựa.
Bệ chốt: Truyền lực piston lên chốt piston.
Piston kết cấu nhẹ với dạng hộp: Ở loại này thân piston thu hẹp và ngắn lại nơi phía áp lực và đối áp lực. Để giảm thêm trọng lượng, phía đối áp lực có thể được cấu tạo mỏng hơn phía áp lực. Những vùng trống có thể được đúc vào phía sau của vùng xéc măng. Chiều cao nén của piston và độ dày của xéc măng được giảm xuống.
Piston rèn: Cùng từ một hợp kim giống nhau, loại piston này có độ cứng cao hơn và cấu trúc mịn hơn piston đúc. Chúng có thể được chế tạo với thành mỏng hơn. Từ thanh nguyên liệu được đúc sẵn và nung đến nhiệt độ rèn, chúng được một chày ép vào khuôn thành phôi. Loại piston này được sử dụng trong xe đua thể thao và ở những động cơ sản xuất hàng loạt có tốc độ quay cao.
Piston có vòng bạc lót cho xéc măng với kênh làm mát: Vì ứng lực nhiệt và áp suất lớn hơn, nhất là trong khu vực của bờ chắn lửa, nên một vòng bạc lót được đúc vào rãnh của vòng xéc măng đầu tiên, qua đó độ hao mòn do rãnh bị ép bẹt ra được giảm thiểu. Ngoài ra, việc xử lý oxy hóa cứng cho rãnh cũng làm tăng việc bảo vệ chống mòn. Thông qua một kênh làm mát được đúc sẵn chứa dầu chảy đến từ một lỗ khoan, thêm một phần nhiệt có thể được truyển tải đi. Một vòng bạc lót bằng đồng thau giúp làm vững bệ chốt hơn.
Vành lõm có thể được biến đổi sang cấu trúc chịu nhiệt cao qua phương pháp nung chảy lại bằng tia laser. Toàn bộ vành lõm đốt có thể được gia cố nhờ một vòng sợi sứ được đúc chèn vào bằng phương pháp đúc áp lực.
Piston thép: Piston bằng thép đúc, thí dụ 42CrMo4V, được sử dụng cho những động cơ diesel tăng áp với áp suất cháy khoảng 200 bar hoặc cao hơn vì những động cơ này đòi hỏi cao hơn về độ bền, ví dụ như độ bền uốn.
So với piston nhôm, loại piston này được chế tạo với độ cao nhỏ hơn và độ dày mỏng hơn, nên một phần trọng lượng riêng cao hơn được cân bằng. Vì dễ bị hoen rỉ, piston thép được phủ một lớp bảo vệ, thí dụ phosphate.
Lớp phủ bề mặt:Thân piston được mạ bọc làm giảm ma sát và hao mòn giữa piston và xy-lanh. Lớp mạ bọc này đóng vai trò lớp bảo vệ khi việc bôi trơn không hoàn hảo.
Lớp bọc sắt: Ferro-coat. Được sử dụng khi mặt trượt thành xy-lanh làm bằng hợp kim nhôm. Sắt được mạ phủ lên trước. Một lớp thiếc mỏng được phủ lên lớp sắt để chống rỉ và tăng khả năng trượt.
Tráng nhựa tổng hợp: Qua phương pháp in lưới, lớp này được phủ lên piston nhôm vận hành trong xy-lanh thép, xy-lanh gang hay xy-lanh nhôm có tráng thép. Có thể tích hợp vào lớp nhựa tổng hợp những chất khác nhau tùy theo nhu cầu. Thí dụ graphit cho chất bôi trơn rắn, oxide titan hay sợi carbon để làm cứng lớp bọc và giảm ma sát. Với độ xốp thích hợp trong lớp bọc, việc tích giữ dầu được bảo đảm.
Trong những trường hợp đặc biệt, phương pháp tráng molybden hay xử lý anot cứng có thể được áp dụng.
Xéc măng
Người ta phân biệt giữa xéc măng kín khí (xéc măng nén) và xéc măng gạt dầu
Xéc măng kín khí có nhiệm vụ:
- Đệm kín chính xác piston trong xy-lanh đối với vỏ hộp khuỷu.
- Dẫn nhiệt từ piston đến xy-lanh.
Xéc măng gạt dầu có nhiệm vụ:
- Gạt dầu bôi trơn còn sót lại trên thành xy-lanh.
- Dẫn dầu bôi trơn này trở lại máng dầu.
Nguyên lý hoạt động: Xéc măng có tính đàn hồi và qua biến dạng chúng tạo nên một áp lực ấn lên xy-lanh. Ở xéc măng thứ nhất, do áp lực khí, lực này có thể tăng lên hơn mười lần áp lực ép ban đầu. Do vậy, để xéc măng đầu tiên này không chạm vào thành xy-lanh và ngăn việc dầu bị đẩy lên buồng đốt, tiết diện hình chữ nhật của xéc măng thường được vát mép. Qua đó một dạng vòng cầu đối xứng hoặc không đối xứng được hình thành. Điều này tạo nên một nêm bôi trơn thủy động ngăn giữa xéc măng và thành xy-lanh, chỉ để thoát một ít dầu vào buồng đốt:
Vật liệu: Xéc măng thường được làm từ gang đúc nhiệt luyện, có thể có gang cầu hoặc loại xéc măng chịu lực cao từ gang đúc thép hợp kim cao.
Lớp bảo vệ: Lớp này làm giảm ma sát và hao mòn, nâng cao tuổi thọ hay giảm thiểu sự ăn mòn xéc măng. Thông thường lớp rìa được làm cứng bằng cách mạ nitơ hay xử lý oxy hóa cứng.
Những lớp mạ bằng phosphate, thiếc hay molypden cũng được sử dụng. Đối với những đòi hỏi nhiệt và cơ cao hơn, lớp mạ PVD (Physical Vapour Deposition) với những hạt vi tế lẫn vào hay lớp mạ chứa carbon DLC (Diamond like Carbon) được chế tạo.
Vì có khối lượng riêng nhỏ ( ≈ 2,7 kg/dm3) và khả năng dẫn nhiệt cao nên piston bằng hợp kim silic- nhôm được sử dụng. Thành phần silic càng cao thì độ giãn nở nhiệt và hao mòn càng ít. Piston phần lớn được chế tạo từ hợp kim AlSil2CuN qua đúc khuôn. Để chịu được ứng lực nhiệt cao, AlSi18CuNi hay AlSi25CuNi được sử dụng. Piston chịu áp suất rất cao được gia công đúc nén (tôi rèn).
Xem thêm:
Cấu tạo động cơ: Piston (Phần 1)
Cấu tạo động cơ: Piston (Phần 3)
