3.1 Pít-tơng/ Chốt Pít-tơng/ Khun hãm chốt Pít-tơng
3.1.1.2 Thiết kế kỹ thuật
Chúng ta nhận thấy rằng, với các yêu cầu hoạt động khác nhau (động cơ hai kỳ, động cơ bốn kỳ, động cơ xăng và động cơ Diesel), dẫn đến các thiết kế động cơ đốt
trong khác nhau. Các hợp kim nhơm Silicon là loai vật liệu chế tạo pít-tơng phù hợp nhất. Các pít-tơng thép được sử dụng trong các trường hợp đặc biệt, nhưng kéo theo đó địi hỏi các biện pháp làm mát đặc biệt.
Chúng ta nhận thấy rằng, với các yêu cầu hoạt động khác nhau (động cơ hai kỳ, động cơ bốn kỳ, động cơ xăng và động cơ Diesel), dẫn đến các thiết kế động cơ đốt trong khác nhau. Các hợp kim nhơm Silicon là loai vật liệu chế tạo pít-tơng phù hợp nhất. Các pít-tơng thép được sử dụng trong các trường hợp đặc biệt, nhưng kéo theo đó địi hỏi các biện pháp làm mát đặc biệt.
Vì lợi ích của việc giảm trọng lượng, việc thiết kế pít-tơng một cách cẩn thận là vô cùng cần thiết, kết hợp với yêu cầu tỏa nhiệt tốt của pít-tơng. Các thơng số kỹ thuật và số liệu quan trọng được đưa ra ở bảng 3.2 và 3.3.
Việc tăng hiệu suất cụ thể của động cơ chịu ảnh hưởng một phần do tăng tốc độ động cơ. Sự gia tăng mạnh về khối lượng trơ dẫn đến các thành phần của động cơ, pittông phần lớn được bù đắp bằng cách giảm chiều cao nén và tối ưu hóa trọng lượng trong thiết kế kỹ thuật pít-tơng.
Đặc biệt trong các động cơ nhỏ hơn, tốc độ cao, tổng chiều dài pít-tơng (khoảng cách hai đường kính), ngắn hơn so với các động cơ lớn hơn chạy ở tốc độ trung bình.
Chiều cao nén ảnh hưởng đến chiều cao tổng thể của động cơ và quyết định nhất đến trọng lượng của piston. Do đó, kỹ sư cố gắng giữ cho kích thước này càng nhỏ càng tốt. Do đó, chiều cao nén ln là sự thỏa mãn đồng thời giữa nhu cầu đối của pít-tơng ngắn và độ tin cậy hoạt động cao.
Các giá trị cho trong bảng 3.2 đối với độ dày của đầu áp dụng chung cho các pít- tơng có đầu bằng và phẳng, cũng như đối với các pít-tơng có núm vặn lồi hoặc lõm. Trong trường hợp piston của động cơ diesel phun trực tiếp, có hốc sâu, độ dày của đầu, tùy thuộc vào áp suất xi lanh tối đa, nằm trong khoảng từ 0,16 đến 0,23 lần đường kính hốc lớn nhất (D_Mu).
Chúng ta học được từ các giá trị hướng dẫn trong bảng 3.2, liên quan đến đường kính chốt pít-tơng, rằng áp suất làm việc cao hơn trong động cơ diesel yêu cầu đường kính chốt pít-tơng lớn hơn. Vùng xéc-măng, cùng với bản thân các xéc-măng, đại diện cho các vòng đệm chuyển động giữa buồng đốt và cacte. Chiều dài của vùng này phụ thuộc vào số lượng và độ dày của các xéc-măng được sử dụng và chiều dài của vùng giao nhau giữa các vòng. Bộ Séc-măng, chỉ với một số ngoại lệ, bao gồm hai xéc-măng khí và một xéc-măng dầu. Piston ba xéc-măng là thiết kế tiêu chuẩn ngày nay.
Chiều dài của xéc măng đầu tiên được chọn theo bước nhảy với áp suất bắt lửa xảy ra trong động cơ và nhiệt độ của vùng tiếp xúc. Chiều dài của các xéc-măng nằm bên dưới ngắn hơn, đó là do nhiệt độ giảm và do áp suất khí.
Váy pít-tơng được sử dụng để dẫn hướng pít-tơng bên trong xylanh. Nó di chuyển trong thành xylanh, theo kiểu trượt, các lực bên xảy ra do sự lệch hướng của thanh truyền. "Tiếng gõ pít-tơng", xảy ra tại thời điểm tiếp xúc dịch chuyển từ phía này sang phía đối diện (chuyển động của pít-tơng thứ cấp), được giữ ở mức tối thiểu. Điều này rất quan trọng để động cơ vận hành trơn tru và giảm mài mòn ở tất cả các bề mặt trượt của pít-tơng.
Vấu chốt pít-tơng phải truyền tất cả các lực dọc từ pít-tơng đến chốt pít-tơng và do đó phải được liên kết tốt vào đầu và váy. Khoảng cách vừa đủ giữa mặt trên của vấu lồi và mặt trong của đầu piston tạo điều kiện cho sự phân bố ứng suất đồng đều hơn tại mặt cắt ngang cho vùng đỡ. Do đó, ở tải trọng cao, thiết kế đặc biệt cẩn thận của khu vực hỗ trợ được yêu cầu. Để tránh hình thành các vết nứt ở lỗ trùm, áp suất bề mặt được tính tốn trung bình trong lỗ trùm (phụ thuộc vào cấu hình trục và kẹp cổ tay và đặc biệt phụ thuộc vào nhiệt độ của vấu lồi) không được vượt quá giá trị trong khoảng từ 55 đến 75
〖N/mm〗^(2). Chỉ có thể đạt được các giá trị cao hơn bằng cách áp dụng các biện pháp
đặc biệt để tăng sức mạnh ở lỗ khoan vấu lồi.
Khoảng cách giữa hai vấu lồi phụ thuộc vào độ rộng của mắt đầu nhỏ. Giá trị này phải được tối ưu hóa vì ưu điểm biến dạng thấp hơn cho pít-tơng và chốt pít-tơng. Chỉ với những khe hở nhỏ nhất có thể của lỗ khoan mới có thể chống đỡ và truyền lực hỗ trợ được giữ ở mức nhỏ.
Động cơ xăng Động cơ
Diesel (Bốn kỳ) Hai kỳ Bốn Kỳ Đường kính D (mm) 30 đến 70 65 đến 150 65 đến 95 Tổng chiều dài GL/D 0.8 đến 1.0 0.6 đến 0.7 0.8 đến 0.95 Áp lực nén KH/D 0.4 đến 0.55 0.30 đến 0.45 0.5 đến 0.6
Đường kính chốt pít-tơng BO/D 0.20 đến 0.25 0.20 đến 0.26 0.32 đến 0.40
Vùng cháy F (mm) 2.5 đến 3.5 2 đến 8 4 đến 15 Xéc măng đầu St/D* 0.045 đến 0.06 0.040 đến 0.055 0.05 đến 0.09 Chiều cao rãnh cho xéc măng đầu
(mm)
1.2 đến 1.5 1.0 đến 1.75 1.75 đến 3.0
Độ dài của váy SL/D 0.55 đến 0.7 0.4 đến 0.5 0.5 đến 0.65
Độ dày đầu pít-tơng 𝑠/𝐷 hay 𝑠/ 𝐷𝑀𝑢 0.055 đến 0.07 0.06 đến 0.10 0.15 đến 0.22** *Các giá trị đối với động cơ diesel áp dụng cho pít-tơng có xéc măng (chèn rãnh), tùy thuộc vào áp suất đốt lớn nhất.
** Cho các động cơ phun trực tiếp ~0.2× đường kính hốc đốt (𝐷𝑀𝑢)
Bảng 3.2 Kích thước của pít-tơng cho xe con và xe du lịch
Hình 3.3 Các kích thước quan trọng của pít-tơng