इंजन कई तरह के होते है पर इस आर्टिकल में हम मूल रूप से 4 स्ट्रोक इंजन के बारे में जानने वाले है वर्तमान युग में कारों, ट्रकों, मोटरसाइकिलों व वायुयानों आदि में प्रयोग होने वाले अन्तर्दहन इंजन प्रायः फोर स्ट्रोक इंजन होते हैं। ‘चार स्ट्रोक’ का मतलब है कि ईंधन से यांत्रिक उर्जा में परिवर्तन का चक्र कुल चार चरणों में पूरा होता है।
अगर आप इसके बारे में सम्पूर्ण जानकारी लेना चाहते है तो यह आर्टिकल आपके लिए फ़ायदेमं हो सकता है क्योकि इस आर्टिकल में हम 4 स्ट्रोक से सम्भंदित पूरी जानकारी लेने वाले है की 4 स्ट्रोक इंजन क्या है और ये कैसे काम करता है आदि तो जानने के लिए आर्टिकल को अंत तक जरूर पढ़े |
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फोर-स्ट्रोक इंजन क्या है?
4-स्ट्रोक इंजन एक आईसी इंजन है जो एक कार्य चक्र को पूरा करने के लिए पिस्टन के चार स्ट्रोक का उपयोग करता है। यह पिस्टन के ऊपर और नीचे की ओर गति के कारण ईंधन की तापीय ऊर्जा को उपयोगी यांत्रिक कार्य में परिवर्तित करता है। इसलिए, यह पारस्परिक इंजन की श्रेणी से संबंधित है।
एक चार-स्ट्रोक इंजन क्रैंकशाफ्ट के दो चक्कर और पिस्टन के 4 स्ट्रोक के पूरा होने के बाद एक शक्ति चक्र पूरा करता है। इन इंजनों का उपयोग विभिन्न वाहनों जैसे हल्के ट्रकों, बसों, वैन, कारों आदि में व्यापक रूप से किया जाता है।
इस रिसीप्रोकेटिंग इंजन में पिस्टन के ऊपर और नीचे की गति के कारण कम्प्रेशन प्रक्रिया होती है।
2-स्ट्रोक और 4-स्ट्रोक इंजन के बीच मुख्य अंतर यह है कि 2-स्ट्रोक इंजन केवल दो स्ट्रोक में एक कार्य चक्र पूरा करता है जबकि चार स्ट्रोक इंजन पिस्टन के चार स्ट्रोक में एक कार्य चक्र पूरा करता है। 2-स्ट्रोक इंजन 2-स्ट्रोक इंजन की तुलना में कम प्रदूषण पैदा करता है।
4-स्ट्रोक इंजन कैसे काम करता है?
चार स्ट्रोक इंजन निम्नलिखित चरणों में काम करता है:
- सेवन प्रक्रिया
- संपीड़न प्रक्रिया
- पावर प्रक्रिया
- निकास प्रक्रिया
1) सेवन स्ट्रोक
- जैसे ही पिस्टन टीडीसी (नीचे की ओर) से बीसीडी की ओर घूमता है, संपीड़न कक्ष (सिलेंडर) के अंदर एक वैक्यूम का उत्पादन शुरू होता है।
- जब वैक्यूम संपीड़न कक्ष के अंदर पैदा होता है, तो निकास वाल्व बंद हो जाता है, और इनलेट वाल्व खुल जाता है।
- जब इनलेट वाल्व खुलता है, तो वायु-ईंधन मिश्रण संपीड़न कक्ष में प्रवेश करना शुरू कर देता है।
2) संपीड़न स्ट्रोक
- जैसे ही संपीड़न कक्ष का आंतरिक दबाव बाहरी दबाव के बराबर हो जाता है, इनलेट वाल्व बंद हो जाता है, और संपीड़न स्ट्रोक शुरू हो जाता है।
- जैसे ही पिस्टन ऊपर की ओर बढ़ता है (बीसीडी से टीडीसी तक), यह संपीड़न कक्ष के अंदर वायु-ईंधन मिश्रण को संपीड़ित करता है और वायु-ईंधन मिश्रण का तापमान और दबाव बढ़ाता है।
3) पावर स्ट्रोक
- पावर स्ट्रोक को दहन स्ट्रोक के रूप में भी जाना जाता है।
- जब संपीड़न स्ट्रोक लगभग पूरा होने वाला होता है, तो एक स्पार्क प्लग संपीड़ित वायु-ईंधन मिश्रण को जला देता है।
- जैसे ही ईंधन प्रज्वलित होता है, शक्ति उत्पन्न होती है ताकि पिस्टन रासायनिक प्रतिक्रिया का विस्तार करके टीडीसी से बीडीसी की ओर बढ़े। इसलिए इस स्ट्रोक को पावर स्ट्रोक कहा जाता है।
- इस जलने की प्रक्रिया के कारण मिश्रण का तापमान और दबाव बहुत अधिक हो जाता है। दबाव में वृद्धि के कारण, वायु-ईंधन मिश्रण पिस्टन को नीचे की ओर धकेलता है (टीडीसी से बीसीडी की ओर) और क्रैंकशाफ्ट को चलाता है, जो वाहन को और आगे ले जाता है।
- इस प्रक्रिया के दौरान, इनलेट और एग्जॉस्ट वाल्व दोनों बंद रहते हैं।
4) एग्जॉस्ट स्ट्रोक
- पावर स्ट्रोक के पूरा होने के बाद, एग्जॉस्ट स्ट्रोक शुरू होता है।
- एग्जॉस्ट स्ट्रोक में, पिस्टन फिर से ऊपर की ओर बढ़ता है (BDC से TDC तक)।
- इस स्ट्रोक के दौरान, इनलेट वाल्व बंद हो जाता है, और निकास वाल्व खुल जाता है। पिस्टन दहन कक्ष से निकास गैसों को बाहर धकेलता है।
- एग्जॉस्ट स्ट्रोक को पूरा करने के बाद, पिस्टन फिर से नीचे की ओर (TDC से BDC तक) चला जाता है, वायु-ईंधन मिश्रण को चूसता है और पूरा चक्र दोहराता है। यह अंतिम स्ट्रोक खर्च किए गए गैसों/निकास को सिलेंडर से बाहर निकालता है।
फोर-स्ट्रोक इंजन का पीवी आरेख
निम्नलिखित पीवी आरेख 4-स्ट्रोक इंजन के कार्य चक्र को दर्शाता है। चार स्ट्रोक वाला इंजन निम्नलिखित चरणों में एक कार्य चक्र पूरा करता है:
- समदाब रेखीय प्रक्रिया (0 से 1): समदाब रेखीय प्रक्रिया में, पिस्टन नीचे की ओर गति करता है और दहन कक्ष के अंदर एक निर्वात उत्पन्न करता है। निर्वात निर्माण के दौरान, वायुमंडलीय दबाव और कक्ष के आंतरिक दबाव के बीच एक दबाव अंतर उत्पन्न होता है। इस दबाव अंतर के कारण, सेवन वाल्व खुलता है, और वायु-ईंधन मिश्रण दहन कक्ष में प्रवेश करता है।
- रुद्धोष्म प्रक्रिया (1 से 2): आइसोबैरिक प्रक्रिया के पूरा होने के बाद, इनलेट वाल्व बंद हो जाता है, और पिस्टन ऊपर की ओर बढ़ता है और वायु-ईंधन मिश्रण पर दबाव डालता है। इस प्रक्रिया के दौरान, पिस्टन मिश्रण का तापमान और दबाव बढ़ाता है, लेकिन इसकी गर्मी नहीं बदलती है।
- आइसोकोरिक प्रक्रिया (2 से 3): एक स्पार्क प्लग संपीड़न स्ट्रोक (एडियाबेटिक प्रक्रिया) के अंत में वायु-ईंधन मिश्रण को प्रज्वलित करता है। यह प्रक्रिया वायु-ईंधन मिश्रण के तापमान और दबाव को बढ़ाती है और इसे उच्च तापमान और दबाव मिश्रण में बदल देती है। यह प्रज्वलन प्रक्रिया वायु-ईंधन मिश्रण की एन्ट्रापी (गर्मी) को भी बढ़ाती है।
- पावर स्ट्रोक (प्रक्रिया 3 से 4): इस स्ट्रोक में, इग्निशन प्रक्रिया के कारण उत्पन्न गर्मी का उपयोग पिस्टन को नीचे की ओर धकेलने के लिए किया जाता है, जो क्रैंकशाफ्ट को और आगे ले जाता है। क्रैंकशाफ्ट की गति वाहन को गतिमान करती है। इसलिए, इस प्रक्रिया को पावर स्ट्रोक कहा जाता है।
- निकास चरण (4 से 1): इस चरण में, पिस्टन फिर से ऊपर की ओर बढ़ता है, और निकास वाल्व खुलता है, जो दहन कक्ष से अपशिष्ट गर्मी का निर्वहन करता है। अनुपयोगी ऊष्मा के हटने से वायु-ईंधन मिश्रण के अणुओं की गतिज ऊर्जा कम हो जाती है। फिर से, वायुमंडलीय दबाव और कक्ष के आंतरिक दबाव के बीच दबाव अंतर उत्पन्न होता है, और पूरा चक्र दोहराता है।
इतिहास
एटकिंसन साइकिल
- 1882 में, जेम्स एटकिंसन ने एटकिंसन साइकिल इंजन डिजाइन किया। यह सिंगल स्ट्रोक आईसी इंजन था।
- इस चक्र का आविष्कार शक्ति घनत्व के खर्च पर दक्षता प्रदान करने के लिए किया गया था। आजकल, एटकिंसन साइकिल इंजन का उपयोग कुछ नवीनतम हाइब्रिड विद्युत अनुप्रयोगों में किया जाता है।
- एटकिंसन चक्र के साथ मूल 4-स्ट्रोक पारस्परिक इंजन ने ओटो इंजन से संबंधित विशेष पेटेंट के उल्लंघन को रोकने के लिए क्रैंकशाफ्ट की एक क्रांति में सेवन स्ट्रोक, संपीड़न स्ट्रोक, पावर स्ट्रोक और निकास स्ट्रोक की अनुमति दी।
- एटकिंसन इंजन के अद्वितीय क्रैंकशाफ्ट निर्माण के परिणामस्वरूप विभिन्न संपीड़न और विस्तार अनुपात हो सकते हैं। पावर स्ट्रोक, कंप्रेशन स्ट्रोक से अधिक लंबा होता है, जो इंजन को पारंपरिक पारस्परिक इंजनों की तुलना में अधिक एन्थैल्पी (थर्मल दक्षता) देता है।
- एटकिंसन इंजन का प्रारंभिक डिजाइन एक ऐतिहासिक जिज्ञासा से ज्यादा कुछ नहीं है। कई नवीनतम इंजनों में लंबे समय तक पावर स्ट्रोक या कम संपीड़न स्ट्रोक प्रभाव उत्पन्न करने के लिए गैर-पारंपरिक वाल्व समय होता है, जो ईंधन अर्थव्यवस्था में सुधार प्रदान करता है।
डीजल साइकिल
- एक डीजल इंजन 1876 से ओटो इंजन की व्यावहारिक प्रगति है।
- 1861 में, ओटो ने महसूस किया कि इग्निशन से पहले वायु-ईंधन मिश्रण को संपीड़ित करके इंजन उत्पादकता में सुधार किया जा सकता है, और रूडोल्फ डीजल एक अधिक कुशल इंजन बनाना चाहता है जो भारी ईंधन चला सके।
- ओटो के समान कारणों के कारण, डीजल एक ऐसे इंजन को डिजाइन करना चाहता था जो छोटी औद्योगिक कंपनियों को अपनी शक्ति के साथ ओटो जैसी बड़ी कंपनियों के साथ प्रतिस्पर्धा करने और समुदाय की ईंधन आपूर्ति पर मांगों को कम करने के लिए आपूर्ति कर सके। ओटो की तरह, इसे एक उच्च-संपीड़न इंजन बनाने में लंबा समय मिला जो सिलेंडर में इंजेक्ट किए गए ईंधन को स्वचालित रूप से प्रज्वलित कर सकता था। डीजल ने अपने पहले इंजन में वायु-ईंधन के मिश्रण का इस्तेमाल किया।
- 1893 में, डीजल को अंततः एक सफल इंजन के रूप में विकसित किया गया। उच्च संपीड़न इंजन जो वायु-ईंधन संपीड़न के उच्च संपीड़न के कारण ईंधन को प्रज्वलित करते हैं, डीजल इंजन के रूप में जाने जाते हैं। डीजल इंजन फोर-स्ट्रोक या टू-स्ट्रोक दोनों डिजाइनों में उपलब्ध है।
- 4-स्ट्रोक डीजल इंजन का उपयोग ट्रकों, बसों और वैन आदि जैसे अधिकांश भारी-शुल्क वाले अनुप्रयोगों में किया जाता है। यह इंजन भारी ईंधन तेल का उपयोग करता है, जिसमें अधिक ऊर्जा होती है और उत्पादन के लिए कम शोधन की आवश्यकता होती है।
फोर-स्ट्रोक इंजन पावर आउटपुट सीमाएं
इंजन की आउटपुट पावर अंदर खींची जाने वाली हवा की मात्रा पर निर्भर करती है। पिस्टन इंजन का प्रदर्शन (चाहे वह 4-स्ट्रोक इंजन हो या 2-स्ट्रोक इंजन) गति (आरपीएम) पर निर्भर करता है, जो इंजन के कैलोरी मान पर निर्भर करता है। ईंधन, हानि, वायु-ईंधन अनुपात, वॉल्यूमेट्रिक दक्षता, ईंधन-वायु मिश्रण में ऑक्सीजन सामग्री और दहन कक्ष आकार। अंततः, इंजन की गति स्नेहन और भौतिक शक्ति के माध्यम से नियंत्रित होती है।
इंजन की कनेक्टिंग रॉड, पिस्टन और वाल्व मजबूत त्वरण बलों का सामना करते हैं। उच्च इंजन गति से इंजन क्षति, शक्ति की हानि, पिस्टन रिंग स्पंदन, या अन्य शारीरिक क्षति हो सकती है। जब पिस्टन रिंग पिस्टन के खांचे में लंबवत कंपन करती है जिसमें पिस्टन रिंग स्थित होती है, तो पिस्टन रिंग फड़फड़ाती है।
रिंग स्पंदन का उद्देश्य सिलेंडर की दीवार और रिंग के बीच सील को व्यवस्थित करना है, जिससे सिलेंडर में शक्ति और दबाव का नुकसान होता है।
यदि इंजन बहुत तेजी से मुड़ता है, तो वाल्व स्प्रिंग पर्याप्त तेजी से वाल्व को बंद करने में सक्षम नहीं होगा। इसे अक्सर “वाल्व फ्लोट” के रूप में जाना जाता है और पिस्टन को वाल्व से टकराने का कारण बनता है और एक गंभीर इंजन ब्रेक का कारण बनता है।
उच्च गति पर, पिस्टन-सिलेंडर दीवार इंटरफ़ेस का स्नेहन क्षतिग्रस्त हो जाता है। इसलिए, एक औद्योगिक इंजन की पिस्टन गति 10 m/s तक सीमित होती है।
4-स्ट्रोक डीजल इंजन के अवयव
चार स्ट्रोक इंजन में निम्नलिखित प्रमुख घटक होते हैं:
- ईंधन इंजेक्टर
- पिस्टन
- प्रवेश द्वार पर लगने वाला वॉल्व
- निकास वाल्व
- क्रैंकशाफ्ट
- कनेक्टिंग छड़
- एंजिन ब्लॉक
- चक्का
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1) पिस्टन और पिस्टन रिंग
4-स्ट्रोक डीजल इंजन में पिस्टन पारस्परिक गति उत्पन्न करता है। यह एक कनेक्टिंग रॉड के माध्यम से क्रैंकशाफ्ट से जुड़ता है। यह एक कनेक्टिंग रॉड के माध्यम से अपनी गति को क्रैंकशाफ्ट में स्थानांतरित करता है। पिस्टन इंजन के सिलेंडर के अंदर नीचे और ऊपर की ओर बढ़ता है।
जब पिस्टन ऊपर जाता है, तो यह सिलेंडर के अंदर की हवा को चूसता है, जबकि नीचे की ओर बढ़ने पर यह हवा को संकुचित करता है। इस पिस्टन गति के कारण, सिलेंडर के अंदर वायु-ईंधन मिश्रण का तापमान और दबाव बढ़ जाता है।
इंजन पिस्टन में एक स्टील के मुकुट और एक नमनीय कच्चा लोहा स्कर्ट के साथ एक जटिल निर्माण होता है। यह स्कर्ट प्रत्येक काम करने की स्थिति के नीचे सिलेंडर लाइनर को तेल वितरण सुनिश्चित करने के लिए दबाव स्नेहन का उपयोग करती है। कनेक्टिंग रॉड्स के माध्यम से पिस्टन के शीर्ष पर कूलिंग डक्ट की ओर तेल डाला जाता है। सभी पिस्टन के छल्ले पहनने का विरोध करने के लिए क्रोम-प्लेटेड हैं। पिस्टन रिंग में स्प्रिंग-संगत ऑयल कंट्रोल रिंग और 2 गाइडिंग कंप्रेशन रिंग होते हैं। पिस्टन रिंग ग्रूव में उत्कृष्ट पहनने का प्रतिरोध होता है और यह स्थिर होता है।
2) सिलेंडर रैखिक
फोर-स्ट्रोक इंजन के इस घटक में विरूपण को कम करने के लिए एक उच्च, कठोर कॉलर है। यह रैखिक सामग्री उच्च शक्ति और शानदार पहनने के प्रतिरोध के साथ एक ग्रे कास्ट आयरन मिश्र धातु है। सटीक रूप से रखे गए ऊर्ध्वाधर ठंडा पानी के छेद सटीक तापमान नियंत्रण सुनिश्चित करते हैं। बोर पॉलिशिंग जोखिम से बचने के लिए, रैखिक एक सुरक्षात्मक पॉलिशिंग रिंग से लैस है।
सिलेंडर लाइनर और सिलेंडर ब्लॉक के बीच की जगह डबल ओ-रिंग के साथ सील हो जाती है। रैखिक का ऊपरी सिरा एक एंटी-पॉलिश रिंग से लैस होता है जो आंतरिक छिद्रों को पॉलिश होने से रोकता है और चिकनाई वाले तेल की खपत को कम करता है।
3) बिग एंड बियरिंग्स और मेन बियरिंग्स
बड़ा अंत असर त्रि-धातु स्टील बैक और एक मोटी, चिकनी-चलने वाली परत के साथ एक सीसा कांस्य अस्तर है। द्वि-धातु असर, साथ ही त्रि-धातु असर मुख्य बीयरिंग के रूप में समाप्त हो गए हैं।
4) कनेक्टिंग रॉड
4-स्ट्रोक डीजल इंजन का यह घटक इंजन क्रैंकशाफ्ट और पिस्टन को जोड़ता है। यह मिश्र धातु इस्पात से बना है और एक टुकड़े में जाली है। एक कनेक्टिंग रॉड को एक गोलाकार क्रॉस-सेक्शन में मशीनीकृत किया जाता है। कनेक्टिंग रॉड का निचला हिस्सा क्षैतिज दिशा में विभाजित हो जाता है ताकि कनेक्टिंग रॉड और पिस्टन को सिलेंडर लाइनर से हटाया जा सके। गुड्डन पिन बेयरिंग में ट्राई-मेटल होता है।
कनेक्टिंग रॉड के सभी बोल्ट हाइड्रोलिक रूप से कड़े होते हैं। कनेक्टिंग रॉड में छेद पिस्टन और गुड्डन पिन बेयरिंग के लिए तेल को सीधा करते हैं। इंजन का यह घटक पिस्टन की गति को क्रैंकशाफ्ट में स्थानांतरित करता है, जो आगे चलकर वाहन के पहिये तक जाता है।
5) क्रैंकशाफ्ट
क्रैंकशाफ्ट इंजन पिस्टन की पारस्परिक गति को रोटरी गति में बदल देता है। यह सभी इंजनों के लिए एक आवश्यक घटक है। यह भाग गतिज ऊर्जा के रूप में अंतिम शक्ति को स्थानांतरित करता है। इसे एक पीस के रूप में बनाया जाता है। कनेक्टिंग रॉड इंजन के क्रैंकशाफ्ट और पिस्टन के बीच एक कड़ी बनाती है।
6) इंजन ब्लॉक
इंजन ब्लॉक नमनीय लोहे से बना है और सभी सिलेंडरों के लिए उपयुक्त है। प्रमुख असर वाले कैप को दो हाइड्रोलिक टेंशनिंग स्क्रू के साथ नीचे से बांधा जाता है।
इन कैप्स को इंजन ब्लॉक के माध्यम से बाद में नीचे और ऊपर की ओर निर्देशित किया जाता है। एक हाइड्रॉलिक रूप से कड़ा हुआ क्षैतिज साइड स्क्रू मुख्य असर वाली टोपी का समर्थन करता है।
7) कैंषफ़्ट
इसका उपयोग इनपुट और एग्जॉस्ट वाल्व को खोलने और बंद करने और उच्च दबाव वाले डीजल इंजन में ईंधन पंप को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है।
8) स्पार्क प्लग
यह पेट्रोल इंजन या एसआई इंजन में उपयोग करता है। यह प्रज्वलित करने के लिए वायु-ईंधन मिश्रण को चिंगारी प्रदान करने के लिए उपयोग करता है।
9) ईंधन इंजेक्टर
इसका उपयोग इंजन सिलेंडर के अंदर ईंधन को इंजेक्ट करने के लिए किया जाता है। कुछ इंजन फ्यूल इंजेक्टर के बजाय फ्यूल पंप का उपयोग करते हैं।
10) चक्का
चार-स्ट्रोक पेट्रोल इंजन का यह घटक कच्चा लोहा के खंभे पर लगा होता है। यह ऊर्जा को जड़ता के रूप में संग्रहीत करता है।
अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न
1) 4-स्ट्रोक इंजन का क्या अर्थ है?
उत्तर: एक इंजन जो पिस्टन के चार स्ट्रोक में पावर स्ट्रोक पूरा करता है उसे 4-स्ट्रोक इंजन के रूप में जाना जाता है।
2) 4-स्ट्रोक इंजन के उदाहरण क्या हैं?
उत्तर: एक इंजन जो पिस्टन के चार स्ट्रोक में पावर स्ट्रोक पूरा करता है उसे 4-स्ट्रोक इंजन के रूप में जाना जाता है।ट्रक, बस, डर्ट बाइक, वैन, ट्रैक्टर और अन्य भारी वाहनों जैसे भारी अनुप्रयोगों में फोर-स्ट्रोक इंजन का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है।
3) कौन सा इंजन कम प्रदूषण, 2-स्ट्रोक या 4-स्ट्रोक पैदा करता है?
उत्तर: 2-स्ट्रोक इंजन 4-स्ट्रोक इंजन की तुलना में अधिक प्रदूषण पैदा करता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि 2-स्ट्रोक इंजन ईंधन के चूषण और निर्वहन के लिए बंदरगाहों का उपयोग करता है।
4) कौन सा तेज है, 2 स्ट्रोक या 4 स्ट्रोक?
उत्तर: 2-स्ट्रोक इंजन में 4-स्ट्रोक इंजन की तुलना में निचले हिस्से होते हैं। इसकी तुलना में, एक टू-स्ट्रोक इंजन फोर-स्ट्रोक इंजन की तुलना में तेजी से एक कार्य चक्र (पिस्टन के सिर्फ 2 स्ट्रोक में) पूरा करता है। इसलिए, 2-स्ट्रोक इंजन 4-स्ट्रोक इंजन की तुलना में तेज़ होता है।
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