Vélfræði – almennt um vélar

Sigurður Þór Ágústsson

Vélfræði – hvað er vél?

Vél er í vísindalegum skilningi fyrirbæri sem flytur eða umbreytir orku.

Vél á í daglegu tali við um búnað sem vinnur eða aðstoðar við vinnu og samanstendur af hreyfanlegum hlutum.

Dæmi um einfalda vél er vogarstöng sem samanstendur af hreyfanlegri vogarstöng og vogarás.

Hvað er vél?

Vogarstöng er stjarfur hlutur sem snúið er um vogarás til þess að margfalda þann kraft sem beitt er á gefin hlut.

Dæmi um verkfæri sem beitt er í þessum tilgangi er t.d. kúbein.

Hvað er vél?

Þar sem vinna er kraftur margfaldaður með vegalengd er hægt að draga úr nauðsynlegum krafti til þess að lyfta einhverju með því að auka lengdina á vogarstönginni og auka þar með vegalengdina sem þarf til að framkvæma sambærilega vinnu. Þetta er kallað að breyta kraftahlutfallinu.

Dæmi um einfalda vél:stöðujafnvægi þar sem

F1D1 = F2D2

.

Sprengihreyfill eða brunahreyfill

er vél sem nýtir bruna eða sprengingu til að knýja áfram vinnu t.d. stimpils.

Blöndu af súrefni og eldsneyti er þjappað saman í brunahólfi (strokk) og ýmist verður sjálfsíkveikja eða kveikjuhetta notuð til að kalla fram sprengingu í blöndunni. Við þetta þrýstist stimpillinn frá og knýr áfram sveifarás vélarinnar.

Nikolaus August Otto fann upp sprengihreyfilinn árið 1862

Tegundir sprengihreyfla

Tvígegnisvél

- hefur tvo takta Fjórgengisvél

- hefur fjóra takta

Wankel-vél

- Þríhyrnd hjámiðja

Athugið!

Þessar þrjár tegundir þarf að þekkja og geta skilgreint

Tvígengisvél

Tvígengisvélin dregur nafn sitt af tveimur slögum (ferðum) bullunnar í vinnuhring. Vinnuhringur tvígengisvélar er einn hringur á sveifarás í stað tveggja hringja í fjórgengisvélinni.  Slögin  tvö sem bullan fer heita:

Þjapp-sogslag Afl-útblástursslag

Grunnatriði

A - Brunarými B - Afgasgrein C - Sveifarhús D - Kerti E – Bulla/Stimpill F - Einstefnuloki G - Sogrein (bensín, loft og

smurolía inn) H - eldsneyti (bensín, loft og

smurolía blandast)

A

B

C

D

E

F

G

H

Þjapp- sogslag.

Í tvígengisvél er sveifarhúsið (þar sem sveifarásinn er) notað til að kom loft og bensínblöndunni ásamt smurolíu inní vélina.

Smurolíunni er blandað saman við bensínið til að smyrja vélina.

Loft, bensín og olía inn

Þjapp- sogslag

Þegar bullan er á uppleið er hún að þjappa blöndunni. Við það að bullan gengur upp myndast undirþrýstingur í sveifarhúsinu.

Þegar bullan er komin framhjá skolloftsportinu (loftopi)  þá dregst blandan inn vegna undirþrýstingsins.

Afl- útblástursslag

Þegar bullan er alveg að verða kominn upp kviknar í blöndunni sem er í brunarýminu ofan við bullu.

Síðan þegar bullan skríður yfir toppstöðu  hefst aflslagið og þá þrýstir hita- og þrýstingsaukningin bullunni niður.

Þá ýtist nýtt loft upp og brunnið út

Afl- útblástursslag

Þegar bullan fer niður fyrir afgasportið (pústop) "To Exhaust" fer brennda loftið (pústið) út. Við það að bullan fer niður hækkar þrýstingurinn í sveifarhúsinu.

Þegar bullan fer framhjá sogportinu hægra megin fer loftblandan upp og skolar afganginn af brennda loftinu út og þá er vélin tilbúinn í næsta vinnuhring

Tvígengisvélin hefur þrjá kosti fram yfir fjórgengisvélina

Hún hefur enga loka (ventla) sem einfaldar og léttir vélina töluvert.  ( en til eru undantekningar þar sem vélar eru með útblástursloka)

Tvígengisvélin hefur þrjá kosti fram yfir fjórgengisvélina

Einnig er aflslagið helmingi oftar en í fjórgengisvél sem gefur tvígengisvélinni meiri aflaukningu s.b. snjósleða og krossmótorhjól

Tvígengisvélin hefur þrjá kosti fram yfir fjórgengisvélina

Að lokum þar sem það er engin smurolía í sveifarhúsinu er sama hvernig vélin snýr. Sem kemur sér vel í t.d. keðjusög og flugvélamótor

Tvígengishreyfill

Sveifarás

                       

Aflúrtak

Olíublandað loft inn

Sprengirými

Útblástur

Tvígengishreyfill

Sveifarás

Útblástur

Olíublandað loft inn

Fjórgengishreyfill

Fjórgengisvél er tegund brunahreyfils, sem hefur fjóra takta í hverjum bruna í sprengirými vélarinnar

Einn taktur kallast það þegar stimpill fer úr efri dástöðu í þá neðri eða öfugt. Þannig fer sveifarás vélarinnar tvo heila hringi til að stimpillinn hreyfist 4 takta.

Fjórgengishreyfill

Til að skilja betur virkni véla er gott að skoða hvernig fallbyssan virkar hér til hliðar.

Það sem er að gerast inn í fallbyssunni er að þegar kveikt er í púðrinu verður hita- og þrýstingsaukning sem ýtir kúlunni út.

Munurinn er sá að stimpillinn sem kemur í stað kúlunnar er fastur við sveifarásinn og kemur upp aftur.

Fjórgengishreyfill

Eldsneytisnýtni slíkra véla er 25 til 30% fyrir bensínvélar og 37 til 44% fyrir díeselvélar.

Fjórgengisvélar eru algengustu vélar í ökutæjum, s.s. bílum, vörubílum og dráttarvélum.

Fjórgengishreyfill – helstu hlutar

E- I knastás S – kerti W – kælirásir V – ventlar P – Stimpill R – Stimpilstöng C – Sveifarás

Fjórgengisvélin

Það sem er frábrugðið við tvígengisvélina eru ventlar

Hér er stimpill í upphafstöðu

(efri dástöðu)

Fjórgengisvélin

SOGSLAG Sogventill opnast Loft dregst inn um

soggrein inn í brunahólf Stimpill fer niður

Fjórgengisvélin

ÞJAPPSLAG Ventar lokast Loft þjappast saman í

brunahólfinu Stimpill fer upp

Fjórgengisvélin

Þegar stimpillinn hefur komist í toppstöðu og loftið þjappast og hitnað kveikir neisti í blöndunni og sendir stimpilinn niður

Fjórgengisvélin

AFLSLAG Ventlar lokaðir Sprenging í brunahólfi Sprengingin ýtir

stimplinum niður

Fjórgengisvélin

ÚTBLÁSTURSSLAG Útblástursventill opinn Afgasið fer út í pústið Stimpill fer upp

Fjórgengisvélin

1 – Sogslag 2 – Þjappslag 3 – Aflslag 4 - Útblástursslag

Knastásar

SogventillÚtblástursventill

Kerti

Sveifarás

Panna Olía

Nokkrar gerðir af fjórgengisvélum

Línuvélar

V- vélar

Boxervélar

Fjórgengishreyfill

Línuvél Þá eru stimplarnir í

einni röð

Sveifarás

Stimpill

Fjórgengishreyfill

V- vél V-vélin tekur mun

minna pláss en línuvél.

Stimplar mynda V

Fjórgengishreyfill

Boxervél Boxarinn er mun flatari

en v-vélin

Wankel-vélin

1 – Loft inn frá soggrein

2 - Útblástur 3 - Vélarhús 4 – Loft / brunarými 5 / 7 - Stjörnugír 6 – Rótor / stimpill 8 - sveifarás 9 - Kerti

Loft og bensín sogast inn

Bensínblandan þjöppuð

Neisti kveikir í bensínblöndunni

Stimpillinn losar út afgas

Sogslag

Þjappslag

Aflslag

Útblástursslag

Wankel - vélinHjámiðja

Útblástur

Loftinntak

Þjöppun

Neisti kveikir í blöndunni

Sprenging - aflsslag

Svo eru það allir hinir hlutar vélarinnar

Getið þið nefnt einhverja?