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?