Tính toán và thiết kế piston trên động cơ đốt trong

MỤC LỤC Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1 1.1 Đặt vấn đề 1 1.2 Mục tiêu đề tài 1 1.3 Nội dung và nhiệm vụ đề tài 1 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1 1.5 Kết cấu đồ án 2 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3 2.1 PISTON 3 2.1.1 Mô tả chung về piston 3 2.1.1.1 Đỉnh piston 3 2.1.1.2 Đầu piston 4 2.1.1.3 Rãnh xéc măng 5 2.1.1.4 Xéc măng 5 2.1.1.5 Chốt piston 7 2.1.1.5 Thân piston 9 2.1.1.6 Các kích thước cơ bản của piston 9 2.2 Nhiệm vụ, điều kiện làm việc, vật liệu chế tạo piston 10 2.2.1 Nhiệm vụ 10 2.2.3 Vật liệu chế tạo 10 2.3 Hoạt động của piston trong động cơ đốt trong 4 kỳ 12 2.4 Lực tác động và phân bố nhiệt trên piston 13 2.4.1 Lực tác động 13 2.4.2 Phân bố nhiệt trên piston. 14 2.5 Những hư tổn của piston trong quá trình hoạt động của động cơ 16 2.5.1 Tổng quát 16 2.5.2 Những hư hỏng chính 16 2.6 Đặc điểm hình học của piston 17 2.6.1 Độ ovan của piston 17 2.6.2 Piston chuyển động lệch tâm 18 2.6.2 Độ lệch tâm 19 Chương 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 21 3.1 Trình tự tính toán 21 3.1.1 Các thông số cần chọn 21 3.1.1.1 Áp suất môi trường Pk 21 3.1.1.2 Nhiệt độ môi trường Tk 21 3.1.1.3 Áp suất cuối quá trình nạp Pa 21 3.1.1.4 Áp suất khí sót Pr 21 3.1.1.5 Mức độ sấy nóng của môi chất ∆T 22 3.1.1.6 Nhiệt độ khí sót Tr 22 3.1.1.7 Hệ số hiệu đỉnh tỉ nhiệt t 22 3.1.1.8 Hệ số buồng cháy2 22 3.1.1.9 Hệ số nạp thêm 1 22 3.1.1.10 Hệ số lợi dụng nhiệt lại điểm Z (z) 23 3.1.1.11 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (b) 23 3.1.1.12 Hệ số hiệu đỉnh đồ thị công (φd) 23 3.1.2 Các thông số đầu vào 23 3.1.3 Trình tự tính toán áp suất khí thể (Pz) 24 3.1.3.1 Hệ số khí sót γr 24 3.1.3.2 Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết β0 24 3.1.3.3 Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại z (βz) 25 3.1.3.4 Áp suất khí thể Pz 26 3.2 Tính toán kiểm nghiệm bền piston 30 3.2.1 Các thông số đầu vào 30 3.2.2 Kiểm nghiệm bền đỉnh piston 31 3.2.3 Tính nghiệm bền chốt piston 32 3.2.3.1 Ứng suất uốn 32 3.2.3.2 Ứng suất cắt 33 3.3.3 Tính nghiệm bền bệ chốt piston 34 Chương 4: Kết luận 35 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 : Các loại đỉnh piston Hình 2.2 Kết cấu đầu piston Hình 2.3: Rãnh xéc măng của piston Hình 2.4 : Hình dạng cơ bản của xéc măng hơi Hình 2.5 : Cấu tạo cơ bản của xéc măng dầu Hình 2.6: Vị trí chốt piston Hình 2.7: Các kiểu lắp ghép chốt piston Hình 2.8 : Kích thước cở bản của piston Hình 2.9: Phân bố nhiệt trên piston động cơ xăng Hình 2.10: Phân bố nhiện trên piston động cơ diesel Hình 2.11: Độ oval của piston Hình 2.12: Sơ đồ chuyển động của piston Hình 2.13: Hoạt động của piston ở kì nén và kì nổ Hình 2.14:Áp suất tác dụng lên piston Hình 3.1: Sơ đồ tính toán piston Hình 3.2: Sơ đồ tính sức bền đỉnh piston Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Nhu cầu sử dụng ô tô trong giao thông hiện nay đang phát triển mạnh mẽ. Trong nghành động lực học chuyên nghiên cứu và chế tạo động cơ nhằm tạo ra những động cơ có công suất tốt nhất và giảm hiệu suất tiêu hao nhiên liệu. Nhưng muốn sử dụng hiệu quả công suất đó trên ô tô thì phải phụ thuộc vào cấu tạo động cơ của ô tô. Để ô tô hoạt động được thì phải đảm bảo chế tạo sản xuất ra những chi tiết có độ chính xác cao, đạt chất lượng tốt, giá thành sản phẩm thấp và tiết kiệm được vật liệu để nâng cao năng suất, mang lại hiệu quả kinh tế cao. Do đó môn học này là nền tảng cơ bản của ngành kỹ thuật ô tô vì vậy nó đòi hỏi phải được xây dựng ngay từ những bước đi đầu tiên. Xuất phát từ những nhu cầu trên, chúng em chọn đề tài: “ Tính toán và thiết kế Piston trên động cơ đốt trong ”. 1.2 Mục tiêu đề tài Thiết kế và tính toán piston nhằm mục đích tính toán kiểm nghiệm lại các thông số của piston, tìm hiểu nguyên lý làm việc, kết cấu của piston, cách vận hành lắp đặt, bảo quản và xử lý sự cố .Ngoài ra còn giúp hiểu hơn về cơ chế hoạt động và nguyên lý làm việc của piston Khảo sát tìm hiểu về piston giúp cho em là một sinh viên ngành công nghệ kỹ thuật ô tô biết nhìn nhận đánh giá và củng cố lại những kiến thức đã học. Tạo cho em cách nhìn tổng quát về một vấn đề liên quan trực tiếp đến kiến thức mà mình được trang bị. 1.3 Nội dung và nhiệm vụ đề tài Tìm hiểu sơ bộ về piston nguyên lý làm việc , cấu tạo , chức năng , nhiệm vụ . Tính toán, thiết kế về piston đưa ra số liệu cụ thể. Vẽ và mô tả piston bằng hình ảnh 2D và 3D. 1.4 Phương pháp nghiên cứu Tham khảo tài liệu, tổng hợp Tính toán dựa trên bài tập lớn 1.5 Kết cấu đồ án Kết cấu của đồ án gồm có 4 chương: Chương 1: Giới thiệu đề tài Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Tính toán thiết kế Chương 4: Kết luận

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ Đề số: ………

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ PISTON TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1. Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài (sĩ số trong nhóm…04…): (2) (3) (4) (5) (6) Tên đề tài : Thiết kế Piston trên động cơ đốt trong

(7) Các dữ liệu ban đầu:

(8) Nội dung nhiệm vụ :

(9) Kết quả tối thiểu phải có: 1) Bản vẽ 2D in A0 (gồm 3 hình chiếu, có chú thích chi tiết) có chữ ký của GVHD 2) Cuốn thuyết minh đề tài in A4 (theo mẫu đính kèm, bao gồm các nội dung thực hiện và bản vẽ) có đánh giá của GVHD 3) Bảng vẽ chi tiết 3D (nếu có) 4) Bảng vẽ lắp ráp hệ thống hoặc cụm chi tiết có chú thích (nếu có) 5) Đĩa CD có nội dung thuyết minh và các bản vẽ Ngày giao đề tài: ……./…… /……… Ngày nộp báo cáo: ……./…… /………

PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ CƠ KHÍ TRONG CÔNG NGHỆ Ô TÔ

Đối với sinh viên ngành ô tô, việc tìm hiểu, nghiên cứu, tính toán và thiết kế các bộphận, cụm máy, chi tiết máy là rất thiết thực và bổ ích, nhằm cũng cố kiến thức mônhọc động cơ đốt trong, cho sinh viên cũng như giúp sinh viên bắt đầu làm quen vớicông việc thiết kế ứng dụng trong thực tiễn, trong khuôn khổ đào tạo của nhà trường

em được giao đồ án môn học với nhiệm vụ thiết kế piston cho động cơ đốt trong

Nhờ sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Thành Nhân và sự nổ lực của nhóm,sau một khoảng thời gian cho phép em đã hoàn thành được đồ án của mình Vì bướcđầu tính toán thiết kế còn rất bỡ ngỡ cho nên không tránh khỏi những sai sót, nhầmlẫn Em rất mong được sự cảm thông và chỉ bảo thêm của thầy để nhóm em ngày cànghoàn thiện kiến thức của mình Em xin chân thành cảm ơn

BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

(cỡ chữ 14pt, in đậm, viết hoa, đặt ở giữa)

Giáo viên hướng dẫn :

Họ và tên sinh viên :

Lớp :

MSSV :

Tên đề tài :

Điểm đánh giá : Xếp loại :

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2020

Giáo viên hướng dẫn

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 : Các loại đỉnh piston

Hình 2.2 Kết cấu đầu piston

Hình 2.3: Rãnh xéc măng của piston

Hình 2.4 : Hình dạng cơ bản của xéc măng hơi

Hình 2.5 : Cấu tạo cơ bản của xéc măng dầu

Hình 2.6: Vị trí chốt piston

Hình 2.7: Các kiểu lắp ghép chốt piston

Hình 2.8 : Kích thước cở bản của piston

Hình 2.9: Phân bố nhiệt trên piston động cơ xăng Hình 2.10: Phân bố nhiện trên piston động cơ diesel Hình 2.11: Độ oval của piston

Hình 2.12: Sơ đồ chuyển động của piston

Hình 2.13: Hoạt động của piston ở kì nén và kì nổ

Hình 2.14:Áp suất tác dụng lên piston

Hình 3.1: Sơ đồ tính toán piston

Hình 3.2: Sơ đồ tính sức bền đỉnh piston

Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.2 Mục tiêu đề tài

Thiết kế và tính toán piston nhằm mục đích tính toán kiểm nghiệm lại các thông số của piston, tìm hiểu nguyên lý làm việc, kết cấu của piston, cách vận hành lắp đặt, bảo quản và xử lý sự cố Ngoài ra còn giúp hiểu hơn về cơ chế hoạt động và nguyên lý làmviệc của piston

Khảo sát tìm hiểu về piston giúp cho em là một sinh viên ngành công nghệ kỹ thuật

ô tô biết nhìn nhận đánh giá và củng cố lại những kiến thức đã học Tạo cho em cách nhìn tổng quát về một vấn đề liên quan trực tiếp đến kiến thức mà mình được trang bị

1.3 Nội dung và nhiệm vụ đề tài

- Tìm hiểu sơ bộ về piston nguyên lý làm việc , cấu tạo , chức năng , nhiệm vụ

- Tính toán, thiết kế về piston đưa ra số liệu cụ thể

- Vẽ và mô tả piston bằng hình ảnh 2D và 3D

1.4 Phương pháp nghiên cứu

- Tham khảo tài liệu, tổng hợp

- Tính toán dựa trên bài tập lớn

1.5 Kết cấu đồ án

Kết cấu của đồ án gồm có 4 chương:

- Chương 1: Giới thiệu đề tài

- Chương 2: Cơ sở lý thuyết

- Chương 3: Tính toán thiết kế

- Chương 4: Kết luận

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 PISTON

2.1.1 Mô tả chung về piston

Piston là một chi tiết máy rất quan trọng thuộc cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền củađộng cơ đốt trong, nó có nhiệm vụ là cùng với nắp máy, xylanh bao kín tạo thànhbuồng cháy, đồng thời truyền lực của khí thể cho thanh truyền cũng như nhận lực từthanh truyền để thực hiện các quá trình nạp – nén- nổ ( giãn nở sinh công)- và thải chođộng cơ Ngoài ra ở môt số động cơ hai kỳ, piston còn có nhiệm vụ đóng mở các cửanạp và thải của cơ cấu phối khí

Do làm việc trong môi trường khắc nghiệt, vì thế khi thiết kế piston cần phải quantâm đến độ bền, vật liệu, để phù hợp với công suất của từng loại động cơ

2.1.1.1 Đỉnh piston

Là mặt trên đỉnh của piston , bề mặt chịu lực tác động của khí cháy và chịu nhiệt độcao Đỉnh piston có nhiều dạng khác nhau và đặc điểm cấu tạo của từng dạng đều có tác dụng nhất định

Đỉnh piston có nhiều hình dạng khác nhau nhưng phải đảm bảo các yêu cầu cơ bản sau đây :

- Có hình dạng nhất định để hình thành hòa khí tốt nhất

-Tỷ số Fc/Vc nhỏ (diện tích buồng cháy so với thê tích buồng cháy ) Mục đích giảm tổn thất nhiên liệu, nâng cao các chỉ tiêu kinh tế của động cơ

- Phải có góc lượn để dẫn nhiệt độ tốt

-Đỉnh có hình dạng hợp lý tránh việc va chạm vòi phun, xupap, bugi

Hình 2.1 : Các loại đỉnh piston

2.1.1.2 Đầu piston

Đầu piston là bề mặt trên cùng (gần đầu xi-lanh) của piston chịu tác dụng của lực

và nhiệt rất lớn trong quá trình vận hành động cơ bình thường Nó chịu một lượng áplực và nhiệt độ lớn nên thường vật liệu sử dụng phải những vật liệu bền chịu nhiệt tốt

Hình 2.2 Kết cấu đầu piston

2.1.1.3 Rãnh xéc măng

Rãnh vòng là một khu vực lõm nằm xung quanh chu vi của piston được sử dụng để giữ lại vòng piston Điều quan trọng là bộ vòng piston và piston phải được thiết kế để

bổ sung cho nhau từ vị trí khe hở giữa mặt sau của vòng piston và đáy của rãnh

piston Nếu độ hở không đủ, hư hỏng động cơ nghiêm trọng có thể xảy ra khi piston

và vòng được lắp đặt trong động cơ

Hình 2.3: Rãnh xéc

măng của piston

2.1.1.4 Xéc măng

Xéc măng có nhiệm vụ bịt kín buồng đốt, dẫn nhiệt từ piston đến thành xi-lanh và đưa dầu trở lại trục khuỷu Kích thước của xéc măng sẽ khác nhau tùy thuộc vào thiết

kế động cơ và vật liệu xi lanh

Xéc măng thường được sử dụng trên các động cơ nhỏ bao gồm xéc măng khí và xécmăng dầu Xéc măng khí là xéc măng được lắp vào piston nằm trong rãnh xéc măng gần với đầu piston nhất Nó làm kín buồng đốt khỏi mọi rò rỉ trong quá trình đốt Khi hỗn hợp nhiên liệu không khí được đốt cháy, áp suất từ khí đốt được tác dụng lên đầu piston, làm piston chuyển động tịnh tiến về phía trục khuỷu, và đồng thời tác dụng lên các xéc măng, lúc này xéc măng bung mạnh ra làm kín xi lanh, không cho khí cháy đi xuống dưới cacte dầu

Phân loại xéc măng

Xéc măng khí:

- Bao kín buồng đốt, làm nhiệm vụ ngăn cách giữa 2 phần không gian trong xylanh

là phía trên buồng đốt và phía dưới buồng đốt

- Tạo độ kín cho khí nén (được tạo ra từ piston và đầu quylat) trong buồng đốt, duy trì áp suất nén trong buồng đốt, ngăn không cho khí cháy từ trên buồng đốt lọt xuống đáy dầu của phần máy bên dưới.

- Kềm giữ piston trong xylanh

- Truyền nhiệt từ piston qua thành xylanh, xéc-măng truyền phần lớn nhiệt lượng từ đầu piston sang thành xylanh, rồi ra nước làm mát hoặc gió để làm mát động cơ

Hình 2.4 : Hình dạng cơ bản của xéc măng hơi

- Hiện nay còn có nhiều động cơ sử dụng xéc-măng dầu tổ hợp Xéc-măng dầu tổ hợp bao gồm vòng đàn hồi hướng tâm có rãnh thoát dầu, vòng lò xo đàn hồi hướng trục, và 2 vòng đỡ nằm trên và dưới các vòng đàn hồi

Hình 2.5 : Cấu tạo cơ bản của xéc măng dầu

ở nhiệt độ cao, khó bôi trơn Do đó, chốt piston cần phải chống bị mài mòn

Đa số chốt piston có cấu tạo đơn giản là hình trụ rỗng cho nhẹ hoặc ngoài là hình trụ, còn mặt trong là lỗ thẳng, lỗ bậc, lỗ côn để giảm trọng lượng

Hình 2.7 : Các kiểu chốt piston

Các kiểu lắp ghép chốt piston

Lắp ghép chốt piston thường theo 3 kiểu sau:

- Cố định piston chốt piston trên bệ chốt piston

Khi lắp ghép kiểu này chốt piston được cố định trên bệ chốt bằng một hoặc nhiều bulong

- Cố định chốt piston với đầu nhỏ thanh truyền

Khi lắp ghép kiểu này, chốt piston được bắt chặt trên đầu nhỏ thanh truyền

- Chốt piston lắp tự do

Lắp ghép kiểu này, chốt piston không cố định trên đầu nhỏ thanh truyền mà cũng không cố định trên bệ chốt piston

Hình 2.7: Các kiểu lắp ghép chốt piston a) Chốt piston cố định với piston b) Chốt piston cố định với đầu nhỏ thanh truyền ;

2.1.1.5 Thân piston

Là phần đc xác định từ dưới xéc măng dầu cuối cùng ở trên chốt piston cho đến hết piston Nhiệm vụ của thân piston là dẫn hướng cho piston trong xilanh Chiều dài thân piston phụ thuộc vào loại động cơ Nếu thân quá dài thì dẫn hướng tốt nhưng piston sẽ nặng và tổn thất ma sát lớn Nếu thân quá ngắn thì tác dụng dẫn hướng kém

2.1.1.6 Các kích thước cơ bản của piston

Hình 2.8 : Kích thước cở bản của piston

D: Đường kính piston

δ

: Chiều dày đỉnh piston

c: chiều dày từ đỉnh piston đến xéc măng thứ nhất

a: chiều cao rãnh xéc măng

H: Chiều cao piston

h: Chiều cao từ đỉnh đến tâm chốt piston

lth: Chiều dài phần thân piston

db: đường kính bệ chốt piston

dcp: Đường kính chốt piston

s1: Chiều dày phần thân piston

2.2 Nhiệm vụ, điều kiện làm việc, vật liệu chế tạo piston

2.2.1 Nhiệm vụ

Kết hợp với xi lanh và nắp máy tạo thành buồng cháy

Nhận áp lực của khí cháy và truyền lực qua thanh truyền tới trục khuỷu ở kì cháy giãn nở

Tiếp nhận lực quán tính của bánh đà qua trục khuỷu, thanh truyền để thực hiện hànhtrình hút, nén, xả Riêng đối với động cơ 2 kỳ piston còn làm nhiệm vụ đóng mở các cửa hút, cửa xả

Đảm bảo cho các không gian làm việc luôn được phủ kín khít, không cho khí các không gian này lọt xuống cacte và ngăn chặn dầu bôi trơn của cacte xâm nhập vào buồng đốt

2.2.2 Điều kiện làm việc

Piston làm việc trong điều kiện hết sức khắc nghiệt

- Tải trọng cơ học lớn và có chu kỳ:

+ Do áp suất khí tác dụng lên piston lớn, có thể lên đến 120kg/cm² hoặc lớn hơn.+ Do lực quán tính lớn đặc biệt ở tốc độ cao

- Chịu nhiệt độ cao:

+ Do piston tiếp xúc trực tiếp với khí cháy nên nó có nhiệt độ rất cao(2200 –

• Hợp kim nhôm

-Piston gang được sử dụng cho động cơ có tốc độ thấp, tốc độ piston dưới 6m/s.-Piston hợp kim nhôm được sử dụng cho động cơ có tốc độ cao, tốc độ piston trên 6m/s

+ Gang thép:

Gang là một nhóm các hợp kim sắt-cacbon với một hàm lượng carbon lớn hơn 2%.Carbon (C) dao động từ 1,8- 4% và silicon (Si) 1 - 3 wt% là các thành phần hợp kim chính của vật đúc là:

- Nhiệt độ hoạt động cao

- Khả năng chống ăn mòn vượt trội

- Nhẹ

- Độ bền và độ cứng rất tốt

- Độ cứng tốt và tỷ lệ cường độ trên trọng lượng

- Độ dẫn nhiệt tuyệt vời

- Đặc tính hoàn thiện tốt

- Tái chế hoàn toàn

2.3 Hoạt động của piston trong động cơ đốt trong 4 kỳ

Khi piston được lắp đặt trong xi lanh, các xéc măng được lắp trong rãnh sẻ bung ra

và làm ngăn cách giữa cacte dầu và buồng đốt Do đó tạo điều kiện thuận lợi cho piston dễ dàng thực hiện các quá trình nạp nén nổ xã trong động cơ Khi piston di chuyển lên xuống các xéc măng sẽ va đập vào 2 bề mặt rãnh trên dưới của piston, vì thế các xéc măng củng chịu lực va đập và chịu áp suất giống như bề mặt piston

Quá trình nạp:

- Quá trình nạp được xem là quá trình thứ nhất của động cơ đốt trong

Khi trục khuỷu quay, qua thanh truyền piston di chuyển từ trên xuống dưới Xupap nạp mở và xupap thải đóng Khi piston chuyển động đi xuống, không khí và nhiên liệu ( đối với động cơ diesel ở quá trình này chỉ có không khí đi vào) từ bên ngoài vào

xy lanh động cơ qua xupap nạp do sự chênh áp giữa bên ngoài và bên trong xy lanh Lúc này các xéc măng sẽ di chuyển lên trên phần rãnh, xéc măng khí làm kín buồng đốt, xéc măng dầu gạc dầu trở về cacte không cho dầu đi vào buồng đốt

Quá trình nén:

- Khi piston từ điểm chết dưới đi lên thì chấm dứt kỳ nạp và kỳ nén bắt đầu, lúc nàyxupap nạp đóng, xupap thải vẫn tiếp tục đóng Chuyển động quay của trục khuỷu làm cho piston đi lên điểm chết trên nén hỗn hợp không khí và nhiên liệu trong xy lanh.Quá trình nén là một quá trình quan trọng Khi áp suất nén càng cao, áp suất sinh ra trong quá trình cháy càng lớn, công suất động cơ sinh ra lớn và động cơ tiết kiệm đượcnhiên liệu

Khi cháy chất khí trong xy lanh giãn nở nhanh chóng và tạo ra một áp suất rất cao tác dụng lên đỉnh của piston Chỉ có ở kỳ này piston và xéc măng đều nhận lực cháy và

đi xuống, xéc măng ở kỳ nổ sẽ bung mạnh tối đa để tăng độ kín cho buồng đốt

Nhiệt độ sinh ra ở quá trình cháy sẽ truyền đến đỉnh piston, xéc măng, sau đó truyềntiếp đến xi lanh, chốt piston, và thanh truyền

Quá trình thải:

- Khi piston xuống gần tới điểm chết dưới, xupap nạp vẫn đóng và xupap thải mở, khí cháy từ trong xy lanh thoát ra bên ngoài do chênh lệch áp suất bên trong xy lanh vàmôi trường Khi piston đến điểm chết dưới, chuyển động quay của trục khuỷu làm piston chuyển động đi lên, đầu piston đẩy khí cháy ra môi trường qua xú pap thải Khi piston đi qua điểm chết trên quá trình nạp của chu kỳ thứ hai tiếp diễn

Quá trình thải và quá trình nạp có quan hệ mật thiết với nhau, để nạp đầy hòa khí vào lòng xy lanh thì phải thải sạch khí cháy ra khỏi xy lanh ở chu kỳ trước

2.4 Lực tác động và phân bố nhiệt trên piston

2.4.1 Lực tác động

Piston là thành phần quan trọng của động cơ đốt trong phải chịu áp lực cơ học và nhiệt độ cao nhất Trong trường hợp ứng suất nhiệt hoặc cơ học rất cao, piston là bộ phận đầu tiên bị hỏng (so với nắp máy và xi lanh) Do đó piston phải có một sự thỏa hiệp giữa khối lượng và khả năng chịu ứng suất cơ học và nhiệt

Lực tác động lên piston trong cả 4 chu kỳ (nạp-nén-nổ-xã):

+Lực cháy khí thể

+Lực quán tính từ chuyển động dao động của piston

+Lực va đập vào thành xi xanh trong quá trình di chuyển, lực này được tác động bởithanh truyền, quán tính của trục khuỷu, còn gọi là lực ngang

+Lực cháy khí thể và lực quán tính được tạo thành do khối lượng riêng của piston Hai lực này được tóm gọn lại gọi là lực tác động dọc của piston

Các quá trình cháy có những đặc điểm khác nhau đối với động cơ diesel và động cơ xăng Trong động cơ diesel, áp suất khí cực đại, trong quá trình đốt cháy, có thể đạt

150 - 160 bar Trong động cơ xăng, áp suất tối đa dưới 100 bar Do áp suất cao hơn, piston diesel phải chịu được áp suất và nhiệt độ cao hơn

Để làm việc mà không gặp bất kỳ hư hại nào trong điều kiện khắc nghiệt như vậy, pít-tông động cơ diesel được thiết kế nặng hơn, chắc chắn hơn với khối lượng lớn hơn Hạn chế là quán tính cao hơn, lực động cao hơn nên tốc độ động cơ tối đa thấp hơn Một lý do khiến động cơ diesel có tốc độ tối đa thấp hơn (khoảng 4500 vòng / phút), so với động cơ xăng (khoảng 6500 vòng / phút)

2.4.2 Phân bố nhiệt trên piston.

Đỉnh piston là bộ phận tiếp xúc trực tiếp với nhiệu độ khí cháy, áp suất cao Tùy thuộc vào loại động cơ xăng hoặc diesel mà đỉnh piston có thể là đỉnh bằng hoặc đỉnh lỏm

Nhiệt sinh ra trong quá trình đốt cháy được hấp thụ một phần bởi piston Hầu hết nhiệt được truyền qua khu vực vòng của piston (khoảng 70%) Váy piston thoát 25% nhiệt và phần còn lại được truyền thêm vào chốt piston, thanh truyền Tốc độ động cơ cao hơn có nghĩa là nhiệt độ piston cao hơn Điều này xảy ra vì nhiệt tích lũy không

có thời gian để giải nhiệt giữa hai chu kỳ đốt liên tiếp Đồng thời, tải trọng động cơ cao hơn có nghĩa là nhiệt độ piston cao hơn, bởi vì có nhiều hỗn hợp nhiên liệu không khí đốt cháy, tạo ra nhiều nhiệt hơn

Liên quan đến hành trình giãn nở, thời gian tải nhiệt từ quá trình đốt cháy rất

ngắn Do đó, chỉ một phần rất nhỏ khối lượng thành phần của piston, gần bề mặt ở phía buồng đốt, tuân theo sự dao động nhiệt độ theo chu kỳ