Piston Ring – Xéc măng piston, vòng piston, hay đơn giản là xéc măng, là những vòng đệm nhỏ, tạo ra một rào cản giúp làm kín buồng đốt giữa piston và thành xi lanh. Công việc của chúng là giữ cho buồng đốt luôn đảm bảo độ kín tốt nhất. Ngăn chặn dòng khí cháy áp suất cao xuống các te và đồng thời không cho dầu bôi trơn tràn vào buống đốt.
Và như vậy, để động cơ hoạt động tốt nhất thì các xéc măng này phải luôn ở trạng thái tốt và hoạt động hiệu quả. Chúng giúp động cơ của bạn tạo ra công suất tối đa và chạy hiệu quả hơn.
Xéc măng là gì?
Xéc măng là một vòng chia kim loại được gắn vào đường kính ngoài của piston trong động cơ đốt trong. Nói một cách đơn giản, các vòng xéc măng tạo thành một vòng đệm giữa pít-tông và thành xi-lanh, giúp ngăn khí đốt có áp suất đi vào các te dầu. Đồng thời cũng điều chỉnh mức tiêu thụ dầu bằng cách ngăn không cho dầu đi vào buồng đốt và bị đốt cháy. Các vòng xéc măng hoạt động đúng cách rất quan trọng đối với công suất và hiệu suất động cơ tối đa.
Các chức năng chính của xéc măng:
- Bịt kín buồng đốt sao cho lượng khí thất thoát vào cacte là tối thiểu.
- Cải thiện khả năng truyền nhiệt từ piston đến thành xi lanh.
- Duy trì lượng dầu thích hợp giữa pít-tông và thành xi-lanh
- Điều chỉnh mức tiêu thụ dầu động cơ bằng cách cạo dầu từ thành xi lanh trở lại các te dầu.
Hầu hết các xéc măng piston được làm bằng gang hoặc thép.
Tầm quan trọng của xéc măng
Các vòng xéc măng được thiết kế để bịt kín khe hở giữa pít-tông và thành xi-lanh. Nếu khe hở này quá nhỏ, sự giãn nở nhiệt của pít-tông có thể khiến pít-tông bị kẹt trong xi-lanh, gây hư hỏng nghiêm trọng cho động cơ.
Mặt khác, khe hở lớn sẽ khiến các vòng xéc măng bịt kín không đủ vào thành xi-lanh, dẫn đến hiện tượng thổi khí quá nhiều (khí cháy đi vào cacte) và làm giảm áp suất bên trong xi-lanh, làm giảm công suất của động cơ.
Chuyển động trượt của vòng xéc măng bên trong thành xi lanh gây ra tổn thất ma sát cho động cơ. Ma sát do các vòng xéc măng gây ra chiếm khoảng 24% tổng tổn thất do ma sát cơ học đối với động cơ. Do đó, thiết kế của các vòng xéc măng là sự thỏa hiệp giữa việc giảm thiểu ma sát đồng thời đạt được khả năng làm kín tốt và tuổi thọ có thể chấp nhận được.
Việc bôi trơn các xéc măng piston rất khó khăn và là động lực để cải thiện chất lượng dầu nhớt động cơ. Dầu phải chịu được nhiệt độ cao và điều kiện khắc nghiệt với tiếp xúc trượt tốc độ cao. Việc bôi trơn đặc biệt khó khăn vì các vòng xéc măng có chuyển động dao động thay vì quay liên tục (chẳng hạn như trong ổ trục).
Tại các giới hạn của chuyển động piston, xéc măng dừng lại và đảo ngược hướng. Điều này phá vỡ hiệu ứng nêm dầu thông thường của ổ trục thủy động, làm giảm hiệu quả bôi trơn.
Các xéc măng cũng được bung ra để tăng lực tiếp xúc và duy trì độ kín khít. Lực lò xo được cung cấp bởi độ cứng của xéc măng hoặc bởi một lò xo riêng biệt phía sau xéc măng.
Điều quan trọng là các xéc măng nổi tự do trong rãnh của chúng bên trong pít-tông để chúng có thể tiếp xúc với xi-lanh. Hiện tượng bó xéc măng trong pít-tông, thường là do tích tụ các sản phẩm đốt cháy hoặc dầu bôi trơn bị hỏng, có thể gây hỏng động cơ và là nguyên nhân phổ biến gây hỏng hóc cho động cơ diesel.
Chức năng của xéc măng
Nằm giữa pít-tông và xi-lanh, xéc-măng là bộ phận cần thiết để động cơ hoạt động hiệu quả. Xéc măng có 4 chức năng chính.
Chức năng 1.Làm kín buồng đốt – khí đốt
Chức năng là duy trì hoàn toàn độ kín khí trong xi-lanh giữa pít-tông và thành xi-lanh. Nó làm việc chăm chỉ để ngăn khí cháy rò rỉ vào khe hở giữa pít-tông và xi-lanh được tạo ra tại thời điểm nổ. Nếu khí đốt bị rò rỉ, động cơ không thể phát huy hết công suất và mức tiêu thụ nhiên liệu sẽ tăng lên, gây bất lợi cả về kinh tế và môi trường.
Chức năng 2. Kiểm soát dầu bôi trơn
Chức năng liên tục tạo ra lớp dầu bôi trơn tối thiểu cần thiết để tránh bị cháy. Bên trong xi lanh của động cơ, xéc măng piston phải chịu khí đốt ở nhiệt độ cao, và cùng với piston, nó phải di chuyển và quay trở lại hàng nghìn lần trong một phút, hoặc thậm chí nhiều hơn.
Để đảm bảo xéc măng và xi lanh không bị cháy và ngăn dầu bôi trơn dư thừa lọt vào bên trong buồng đốt, lớp dầu bôi trơn trên thành xi lanh được kiểm soát ở mức tối thiểu cần thiết.
Chức năng 3. Chức năng dẫn nhiệt
Chức năng giải phóng nhiệt từ pít-tông đến xi-lanh. Tại kỳ nổ, nhiệt độ bên trong pít-tông đạt nhiệt độ xấp xỉ 300 độ C.
Nếu lượng nhiệt đó vẫn còn bên trong pít-tông, động cơ có thể bị hỏng, do đó nhiệt phải được giải phóng từ bên trong. Xéc măng giúp làm điều đó.
Chức năng 4. Hỗ trợ trạng thái piston
Chức năng ngăn không cho pít-tông tiếp xúc mạnh với thành xi-lanh. Nếu pít-tông ở một góc, khi di chuyển, nó sẽ tiếp xúc với nhiều nơi khác nhau và điều này có thể gây hư hỏng động cơ. Xéc măng piston hỗ trợ piston để piston có thể di chuyển lên xuống trơn tru.
Các loại xéc măng piston
1. Xéc măng nén – Compression Ring (Top Ring)
Xéc măng nén hay còn gọi là xéc măng khí, xéc măng hơi là vòng trên cùng của pít-tông gắn với đường kính ngoài của nó. Chức năng chính của xéc măng nén là bịt kín khe hở giữa pít-tông và thành xi-lanh. Việc bịt kín này đảm bảo cho hỗn hợp nhiên liệu không khí trong động cơ đốt trong không di chuyển xuống cacte gây ra tổn thất lực nén và công suất.
Ngoài ra, việc làm kín này nó cũng đảm bảo rằng bôi trơn cơ trong cacte không di chuyển lên buồng đốt và bị cháy. Dầu động cơ di chuyển vào buồng đốt và bị đốt cháy sẽ dẫn đến việc động cơ tiêu thụ quá nhiều dầu và sau đó dẫn đến mức dầu động cơ thấp.
Vì vậy, về cơ bản, xéc măng piston nén đảm bảo rằng buồng đốt và cacte được tách biệt.
Hỗn hợp không khí-nhiên liệu trong buồng đốt không được chảy xuống cacte và dầu động cơ không được lên buồng đốt.
Ưu điểm của vòng nén bịt kín khe hở giữa pít-tông và thành xi-lanh bao gồm duy trì độ nén cao trong buồng đốt, công suất và khả năng tăng tốc cao trong xe, đồng thời không đốt cháy dầu động cơ không cần thiết.
2. Xéc măng gạt – Wiper Ring (Second Ring)
Xéc măng gạt còn được gọi là vòng Napier, xéc măng khí số 2 hay xéc măng nén dự phòng, được lắp bên dưới xéc măng nén. Chức năng chính của chúng là làm sạch bề mặt lớp lót xi lanh khỏi dầu thừa và hoạt động như một vòng dự phòng hỗ trợ để ngăn chặn bất kỳ sự rò rỉ khí nào tiếp tục thoát ra khỏi xéc măng nén trên cùng.
Hầu hết các xéc măng gạt đều có mặt góc côn được định vị về phía dưới để tạo ra tác động gạt khi pít-tông di chuyển về phía trục khuỷu.
Nếu lắp xéc măng gạt không đúng với góc côn gần về phía xéc măng nén sẽ dẫn đến tiêu hao dầu quá mức. Nguyên nhân là do xéc măng gạt gạt dầu thừa về phía buồng đốt.
3. Xéc măng dầu – Oil Ring
Chức năng chính của xéc măng dầu là dẫn dầu động cơ cạo dọc theo bề mặt ngoài của pít-tông trở lại cacte. Dầu động cơ bôi trơn pít-tông cũng như tất cả các bộ phận bên trong cacte.
Nếu không có dầu động cơ hoặc dầu ở mức thấp, động cơ sẽ không thể hoạt động và có thể gây hại cho các bộ phận của động cơ. Đó là lý do tại sao xéc măng dầu giúp dẫn dầu dọc theo pít-tông cũng như vào cacte để bôi trơn và làm mát các bộ phận lại là một bộ phận thiết yếu như vậy.
