Tvígengisvélar

Nokkur farartæki með tvígengisvélum:

Inngangur

Í þessum þætti verður fjallað um eina undirgerð aflvéla þ.e. tvígengisvélina. Aflvélar skiptast í brunavélar og varmavélar. Tvígengisvélar eru brunavélar og skiptast eins og fjórgengisvélar í Ottóvélar og Díselvélar. Þótt Ottó og Díselvélar séu kenndar við Þjóðverjana Niolaus Otto og Rudolf Diesel sem þróuðu umræddar vélar þá verður hér notast við hefbundinn íslenskan rithátt á vélaheitunum.

Vél Dugald Clerk með skolloftsstrokk

Saga

Skoski verkfræðingurinn Sir Dugald Clerk hannaði fyrstu nothæfu tvígengisvélina 1878 og fékk einkaleyfi á henni í Englandi 1881. Vél Sir Clerc var frábrugðin seinni tíma einföldum og léttum tvígengisvélum að því leyti að hún notaðist við skolloftsstrokk sem gerði hana óhentuga í minni tæki. Það má segja að faðir nútíma tvígengisvéla sé Joseph Day sem fékk einkaleyfi á tvígengisvél með sveifarhússkolun 1894. Tvígengisvélar, einkum Ottóvélar, voru algengar í farartækjum fram á seinni hluta síðustu aldar en þá dró úr notkun þeirra einkum af tveimur ástæðum, eyðslu og útblástursmengun. Ennþá eru þessar vélar notaðar þar sem léttleiki er mikilvægur og reglur um mengun ekki eins strangar svo sem í léttum bifhjólum, vélsleðum, fisflugvélum osfr. Aftur á móti eru stærstu vélar sem framleiddar eru í dag fyrir skip og rafstöðvar tvígengis Díselvélar og eru þær afar nýtnar á eldsneyti.

Eiginleikar

Það sem allar tvígengisvélar eiga sameiginlegt er að vinnuhringur þeirra er aðeins tvö stimpilslög á móti fjórum í fjórgengisvél. Vinnuhringur tvígengisvéla er því aðeins einn snúningur sveifaráss á móti tveimur fyrir fjórgengisvél. Þetta skilar sér í mun meiri afköstum miðað við strokkrúmtak og þyngd vélar. Þó tvígengisvélar eigi þessi grundvallaratriði sameiginleg eru þær mjög mismunandi að öðru leiti, hér fyrir neðan verður annarsvegar fjallað um tiltölulega einfaldar Ottóvélar með sveifarhússkolun og hinsvegar um tvígengis Díselvélar.

Tvígengis Ottovél með sveifarhússkolun

Tvígengis Ottóvél

Tvígengis Ottóvélar með sveifarhússkolun hafa þá afgerandi kosti að þær eru einfaldar, léttbyggðar og gefa mikil afköst miðað við stærð. Þessar vélar hafa ekki tímadrif, kambás eða ventla, þannig er strokklokið aðeins einfalt lok ofan á strokkana. Stundum er ekkert smurkerfi og smurolíunni blandað í bensínið en á nýrri vélum er smurolíunni dælt inn með skammtadælu. Ókostirnir eru hinsvegar að vegna ófullkominnar skolunar og vegna þess að smurolían brennur er erfitt að ná fram góðri nýtni og lágri útblásturmengun. Hreyfimyndin hér til hliðar sýnir vinnuhring tvígengisvélar með sveifarhússkolun. Vinnuhringurinn er á þessa leið: Þjappslag, stimpillinn færist upp og lokar fyrir skolgöng og síðan útblástursgöng og þjöppun hefst, við það að stimpillinn færist upp stækkar rúmmál sveifarhússins og þar verður undirþrýstingur sem knýr loft/eldsneytisblönduna inn í sveifarhúsið, takið eftir græna einstefnulokanum í soggöngunum sem opnast þegar stimpillinn er á uppleið og hleypir ferskri loft/eldsneytisblöndu inn í sveifarhúsið. Þegar stimpillinn nálgast toppstöðu (TDC) kveikir kertið í blöndunni og aflslagið hefst. Á leiðinni niður þjappar stimpillinn loft/eldsneytisblönduna í sveifarhúsinu, takið eftir að nú lokast einstefnulokinn og kemur í veg fyrir að loft/eldsneytisblandan þrýstist til baka út í soggöngin, þegar stimpillinn er kominn nógu neðarlega opnast fyrst útblástursgöngin og brunna gasið streymir út, síðan heldur stimpillinn áfram og skolloftsgöngin opnast og þá streymir ferska blandan inn í strokkinn og hrekur um leið brunna gasið út um útblástursgöngin.

Tvígengis Díselvél

Díselvél með toppskolun

Öfugt við tvígengis Ottóvélar sem svo til eingöngu eru notaðar í smá tæki þá eru tvígengis Díselvélar yfirleitt stórar vélar, þær minnstu notaðar í stóra trukka. Tvígengis Díselvélar eru nánast alltaf með toppskolun (e, uniflow scavenging). Þessar vélar eru með útblástursventil eða ventla í strokklokinu og skolloftsblásara og eða afgasforþjöppu til að blása skolloftinu inn í strokkinn. Vegna þess að skolloftið kemur inn neðst í strokknum og afgasið fer út um lokann í toppi strokksins næst mun betri skolun en í Ottóvélum með þver eða slaufuskolun. Díselvélarnar eru líka frábrugðnar Ottóvélunum að því leyti að þær hafa þrýstismurkerfi sem dregur mjög úr mengun.

Spurningar

Hverjir eru helstu kostir tvígengis Ottóvélar?

Hverjir eru helstu kostir tvígengis Díselvélar?

Hve marga hringi snýst sveifarás tvígengisvélar í einum vinnuhring?

Hvað er átt við með toppskolun?

Prófaðu að lýsa því sem gerist í einum vinnuhring tvígengis Ottóvélar.

Krossapróf

Heimildir og ítarefni

Faratækjatækni, hreyfilfræði, eftir Gunnar Syrjämäki, Iðnú 1984.

Wikipediagreinar sem krækjur eru á í texta.

Tvígengis dieselvél: https://www.youtube.com/watch?v=mA7l3dpx6t0

MAN tvígengis skipavél: https://www.youtube.com/watch?v=n3KRw9GqHEQ

MAN smurkefi: https://www.youtube.com/watch?v=QOtN7yFXP8Y

Hvernig tvígengisvél vinnur: https://www.youtube.com/watch?v=LuCUmQ9FxMU

2 stroke vs 4 stroke: https://www.youtube.com/watch?v=viWhxvo6DLk

	Vélin er með ofanáliggjandi kambás.
	Vélin hefur engan kambás.
	Vélin hefur engan sveifarás.
	Vélin hentar best í stór skip og rafstöðvar

	Vélin er smurð með því að blanda smurolíu í eldsneytið.
	Vélin hefur engan kambás.
	Vélin hefur engan sveifarás.
	Vélin er með toppventla

	2
	4
	1
	1/2

	Rangt
	Rétt