ओप्पोसेड-पिस्टन इंजन: Difference between revisions

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For क्षैतिज रूप से विपरीत इंजन, see समतल इंजन.
1914 सिम्पसन का संतुलित दो-स्ट्रोक इंजन

सम्मुख-पिस्टन इंजन एक पिस्टन इंजन है जिसमें प्रत्येक सिलेंडर (इंजन) के दोनों सिरों पर पिस्टन होता है, और कोई सिलेंडर हैड नहीं होता है। पेट्रोल और डीजल सम्मुख-पिस्टन इंजन का उपयोग अधिकांशतः बड़े पैमाने पर अनुप्रयोगों जैसे जहाजों, सैन्य टैंकों और कारखानों में किया जाता है। सम्मुख-पिस्टन इंजन के वर्तमान निर्माताओं में फेयरबैंक्स-मोर्स, कमिंस और एचेस पावर सम्मलित हैं।

रचना

एक सुपरचार्ज्ड सम्मुख-पिस्टन इंजन का आरेख
1. ईंधन-वायु मिश्रण के लिए सेवन
2. सुपरचार्जर
3. एयरबॉक्स
4. बूस्ट रिलीफ वॉल्व
5. निकास क्रैंकशाफ्ट
6. प्रवेश क्रैंक तंत्र
7. प्रवेश और निकास स्लॉट के साथ सिलेंडर
8. निकास
9. वाटर कूलिंग जैकेट
10. स्पार्क प्लग

समकालीन दो-स्ट्रोक इंजनों की तुलना में, जो प्रति सिलेंडर पिस्टन के पारंपरिक रचना का उपयोग करते थे, सम्मुख-पिस्टन इंजन के लाभों को इस प्रकार पहचाना गया है:

  • सिलेंडर हेड और वाल्वट्रेन को समाप्त करना, जिससे इंजन का भार, जटिलता, लागत, गर्मी की हानी और घर्षण की हानी कम हो जाती है।[1][2][3]
  • दहन कक्ष के माध्यम से दो-स्ट्रोक इंजन बनाता है[4][5] जो समकालीन दो-स्ट्रोक इंजन या क्रॉसफ्लो-स्कैवेंज्ड रचनाों से जुड़ी कमियों से बचा था (चूंकि बाद की प्रगति ने पारंपरिक पिस्टन इंजन रचनाों में यूनिफ्लो स्कैवेंजिंग प्राप्त करने की विधिया प्रदान की हैं)।
  • इंजन की ऊंचाई कम हो जाती है

मुख्य दोष यह था कि दो सम्मुखी पिस्टनों की शक्ति को एक साथ गियर करना पड़ता है। यह पारंपरिक पिस्टन इंजनों की तुलना में भार और जटिलता जोड़ता है, जो बिजली उत्पादन के रूप में एकल क्रैंकशाफ्ट का उपयोग करते हैं।

सबसे सामान्य अभिविन्यास दो क्रैंकशाफ्ट थे, जिनमें क्रैंकशाफ्ट एक साथ गियर किए गए थे (या तो एक ही दिशा में या विपरीत दिशाओं में)।[6] कोरेवो, जुमो और नेपियर डेल्टिक इंजन ने पिस्टन प्रति सिलेंडर का प्रयोग प्रवेश द्वार को विवरण में लाने के लिए किया था, और दूसरा निकास द्वार का विवरण करने के लिए किया था। इस संबंध में इसके कार्य के आधार पर प्रत्येक पिस्टन को या तो सेवन पिस्टन या निकास पिस्टन के रूप में संदर्भित किया जाता है। यह अभिविन्यास श्रेष्ठ स्कैवेंजिंग देता है, क्योंकि सिलेंडर के माध्यम से गैस का प्रवाह रेडियल के अतिरिक्त अक्षीय होता है, और पिस्टन क्राउन के रचना को सरल करता है। जुमो 205 और इसके वेरिएंट में, ऊपरी क्रैंकशाफ्ट निकास पिस्टन का कार्य करता है, और निचला क्रैंकशाफ्ट प्रवेश पिस्टन का कार्य करता है। कई सिलेंडर कतार का उपयोग करने वाले डिजाइनों में, प्रत्येक महत्त्वपूर्ण अंतिम भाग  निकास पिस्टन के लिए द्विशाखी संयोजक रॉड का उपयोग करके  प्रवेश और  निकास पिस्टन का कार्य करता है।

इतिहास

1880 से 1930 के दशक

एटकिंसन डिफरेंशियल इंजन का एनिमेशन
1932 जंकर्स जुमो 205 डीजल विमान इंजन

पहले सम्मुख-पिस्टन इंजनों में से 1882 का एटकिंसन चक्र या एटकिंसन डिफरेंशियल इंजन था,[7] जिसमें क्रेंकशाफ्ट के हर घुमाव पर पावर स्ट्रोक होता है (समकालीन ओटो चक्र इंजन के हर दूसरे घुमाव की तुलना में), किंतु यह व्यावसायिक सफलता नहीं थी।[8]

1898 में, ओएचेल्हौसेर दो-स्ट्रोक सम्मुख-पिस्टन इंजन का उत्पादन 600 hp (447 kW) होर्डे आयरनवर्क्स में स्थापित किया गया था।[9] इंजन के इस रचना को निर्माताओं द्वारा लाइसेंस के अनुसार भी बनाया गया था जिसमें जर्मनी में ड्यूश क्राफ्टगास गेसेलशाफ्ट और यूनाइटेड किंगडम में विलियम बियर्डमोर एंड कंपनी और विलियम बियर्डमोर एंड संस सम्मलित हैं।[10]

1901 में, कैनसस सिटी लाइटनिंग बैलेंस्ड गैस और गैसोलीन इंजन का उत्पादन कर रहे थे 4–25 hp (3–19 kW).[11]

1900 के आसपास फ्रांसीसी कंपनी गोब्रोन-ब्रिली द्वारा प्रारंभिक सम्मुख-पिस्टन कार इंजन का उत्पादन किया गया था। रिकॉर्ड गति" 152.5 km/h (95 mph).[12] 17 जुलाई 1904 को, गोब्रोन-ब्रिली कार सबसे अधिक चलने वाली कार बन गई 100 mph (161 km/h) उड़ान किलोमीटर के लिए।[13] इंजन ने सिलेंडरों के छोर पर एकल क्रैंकशाफ्ट और सम्मुख करने वाले पिस्टन के लिए क्रॉसहेड का प्रयोग किया।

एक अन्य प्रारंभिक सम्मुख वाली पिस्टन कार का इंजन स्कॉटिश एरोल-जॉनस्टन कार में था, जो कि पहली बार उनके 10 hp बकबोर्ड c1900 में स्थापित किया गया प्रतीत होता है। 1905 के ओलंपिया मोटर-शो में प्रदर्शित उनकी 12-15 hp कार के विवरण में इंजन का कुछ विस्तार से वर्णन और चित्रण किया गया था।[14] इंजन दो सिलेंडरों (प्रत्येक में विपरीत पिस्टन के साथ) के साथ 4-स्ट्रोक था, जिसके नीचे क्रैंकशाफ्ट था और लीवर आर्म द्वारा दो-फेंक क्रैंकशाफ्ट से जुड़े पिस्टन थे।

सम्मुखी पिस्टन वाला पहला डीजल इंजन रूस में कोलोम्ना लोकोमोटिव वर्क्स में बनाया गया प्रोटोटाइप था। रचनाकार, रेमंड ए. कोरेवो ने 6 नवंबर 1907 को फ्रांस में इंजन का पेटेंट कराया और अंतरराष्ट्रीय प्रदर्शनियों में इंजन का प्रदर्शन किया, किंतु यह उत्पादन तक नहीं पहुंच पाया। कोलोम्ना डिज़ाइन में गियरिंग द्वारा जुड़े दो क्रैंकशाफ्ट के विशिष्ट अभिविन्यास का प्रयोग किया गया था।

1914 में, सिम्पसन का बैलेंस्ड टू-स्ट्रोक मोटरसाइकिल इंजन अन्य सम्मुख-पिस्टन इंजन था, जिसमें सिलेंडरों के केंद्र के नीचे एकल क्रैंकशाफ्ट का उपयोग किया जाता था, जिसमें दोनों पिस्टन लीवर से जुड़े होते थे।[15] यह इंजन क्रैंककेस कम्प्रेशन डिज़ाइन था, जिसमें पिस्टन ट्रांसफर पोर्ट को खोलने के लिए और दूसरा निकास पोर्ट खोलने के लिए प्रयोग किया गया था। इस रचना का लाभ उस समय अधिकांश दो-स्ट्रोक इंजनों द्वारा उपयोग किए जाने वाले पिस्टन के लिए विक्षेपक पिस्टन से बचने के लिए था।

यूनाइटेड किंगडम में विलियम डॉक्सफ़ोर्ड एंड संस ने समुद्री उपयोग के लिए बड़े सम्मुख-पिस्टन इंजन का निर्माण किया, जिसमें पहला डॉक्सफ़ोर्ड इंजन 1921 में जहाज में स्थापित किया गया था।[16] इस डीजल इंजन में सिलेंडरों के छोर पर एकल क्रैंकशाफ्ट और सम्मुख करने वाले पिस्टन के लिए क्रॉसहेड का प्रयोग किया गया था।[17][18] प्रथम विश्व युद्ध के बाद, इन इंजनों का उत्पादन कई प्रतिरूपो में किया गया, जैसे कि पी और जे श्रृंखला, जितना उच्च उत्पाद के साथ 20,000 hp (14,914 kW). यूके में डॉक्सफ़ोर्ड इंजन का उत्पादन 1980 में बंद हो गया।[17][19][20]

बाद में सम्मुख-पिस्टन डीजल इंजनों में जर्मनी में निर्मित 1932 जंकर्स जुमो 205 विमान इंजन सम्मलित है, जिसमें दो क्रैंकशाफ्ट थे, जो 1900-1922 गोब्रोन-ब्रिली इंजन के समान रचना का उपयोग नहीं कर रहे थे।[21]

1940 से वर्तमान तक

फेयरबैंक्स मोर्स 38 8-1/8 डीजल इंजन, मूल रूप से 1930 के दशक में जर्मनी में डिज़ाइन किया गया था, जिसका उपयोग 1940 और 1950 के दशक में अमेरिकी पनडुब्बियों में और 1930 के दशक से नावों में किया गया था।[22] इसका उपयोग 1944 से लोकोमोटिव में भी किया जाता था।

फेयरबैंक्स-मोर्स 38 8-1/8 के नवीनतम (नवंबर 2021) संस्करण को एफएम 38D 8-1/8 डीजल और दोहरे ईंधन के रूप में जाना जाता है। यह दो-स्ट्रोक सम्मुख-पिस्टन इंजन समान अतिरिक्त-भारी-ड्यूटी डिज़ाइन को उपस्थित रखता है और 40 से अधिक वर्षों का रेटेड इन-सर्विस जीवनकाल है, किंतु अब स्वत: स्विचओवर के साथ दोहरे ईंधन (गैसीय और तरल ईंधन) को जलाने की वैकल्पिक क्षमता पूरा डीजल अगर गैस की आपूर्ति समाप्त हो जाती है) उपलब्ध है।[23]

1954 में जारी कॉमर टीएस3 तीन-सिलेंडर डीजल ट्रक इंजन में सिलेंडर के केंद्र के नीचे एकल क्रैंकशाफ्ट होता है, जिसमें दोनों पिस्टन लीवर से जुड़े होते हैं।[24]

इसके अतिरिक्त 1954 में सैन्य नौकाओं के लिए नेपियर डेल्टिक इंजन जारी किया गया था। यह तीन क्रैंकशाफ्ट का उपयोग करता है, प्रत्येक कोने में एक, समबाहु त्रिभुज में व्यवस्थित डबल-एंडेड सिलेंडरों के तीन बैंकों को बनाने के लिए। डेल्टिक इंजन का प्रयोग ब्रिटिश रेल कक्षा 55 और ब्रिटिश रेल कक्षा 23 इंजनों में किया गया था और तेजी से गश्ती नौकाओं और नौ सेना माइन स्वीपर को बिजली देने के लिए प्रयोग किया गया था। 1962 के प्रारंभ में, गिब्स ने ऍफ़डीएनवाई के सुपर पम्पर और उसके साथी टेंडर को रचना करने में भाग लेने के लिए मैक ट्रक को आमंत्रित किया। डेलावल टर्बाइन को पंपों को शक्ति प्रदान करने के लिए नेपियर-डेल्टिक T18-37C डीजल के साथ मल्टीस्टेज सेंट्रीफ्यूगल पंप रचना करने के लिए अधिकृत किया गया था।[25]

1959 में, लीलैंड L60 19 L (1,159 cu in) छह सिलेंडर डीजल इंजन प्रस्तुत किया गया था। चीफटेन टैंक में उपयोग के लिए यूनाइटेड किंगडम में एल 60 का उत्पादन किया गया था। टी-64|सोवियत टी-64 टैंक, जो 1963-1987 से निर्मित था, सम्मुख-पिस्टन डीजल इंजन 5TDF का भी प्रयोग किया गया था।

2014 में, एचेस पावर ने 30% ईंधन अर्थव्यवस्था में सुधार का अधिकार देते हुए तकनीकी पेपर प्रकाशित किया था, जब इसके इंजन को उन्नत तकनीकों से लैस अगली पीढ़ी के डीजल इंजन के विरुद्ध बेंचमार्क किया गया था।[26]

वोल्वो ने 2017 में पेटेंट के लिए आवेदन किया था।[27]

डीजल एयर डेयर 100 दो सिलेंडर है 100 hp (75 kW) डीजल इंजन विमान का इंजन, ओल्नी, बकिंघमशायर के डीजल एयर लिमिटेड द्वारा हवाई पोत, घर में बने विमान|घर में बने किटप्लान और हल्के विमान में उपयोग के लिए रचना और निर्मित।[28]

जुलाई 2021 में, कमिंस को संयुक्त राज्य सेना द्वारा एडवांस्ड कॉम्बैट इंजन (एसीइ) के विकास को पूरा करने के लिए $87M का अनुबंध दिया गया था, जो मॉड्यूलर और स्केलेबल डीजल इंजन समाधान है जो सम्मुख-पिस्टन तकनीक का उपयोग करता है। [29]

फ्री-पिस्टन इंजन

Main article: फ्री-पिस्टन इंजन

सम्मुख-पिस्टन रचना की भिन्नता फ्री-पिस्टन इंजन है, जिसे पहली बार 1934 में पेटेंट कराया गया था। फ्री पिस्टन इंजन में कोई क्रैंकशाफ्ट नहीं होता है, और अलग सिलेंडर में हवा के संपीड़न और विस्तार द्वारा प्रत्येक फायरिंग स्ट्रोक के बाद पिस्टन वापस आ जाते हैं। प्रारंभिक अनुप्रयोग वायु कंप्रेसर के रूप में या गैस टर्बाइन के लिए गैस जनरेटर के रूप में उपयोग के लिए थे।

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ Pirault, Jean-Pierre; Flint, Martin (2010). Opposed Piston Engines: Evolution, Use, and Future Applications (in English). SAE International. ISBN 9780768018004. Retrieved 20 November 2019.
  2. ↑ Foster, D.; Herold, R.; Lemke, J.; Regner, G.; Wahl, M. (2011). "Thermodynamic Benefits of Opposed-Piston Two-Stroke Engines". SAE Technical Paper Series. Vol. 1. PA: SAE International. doi:10.4271/2011-01-2216.
  3. ↑ "Start-Ups Work to Reinvent the Internal Combustion Engine". New York Times. 30 March 2011. Retrieved 29 November 2019.
  4. ↑ "Opposed-Piston". www.achatespower.com. 22 July 2018. Retrieved 29 November 2019.
  5. ↑ "TROPE : Toroidal Opposed Piston Engine". www.youtube.com (in English). frankydevaere. Archived from the original on 2021-12-21. Retrieved 29 November 2019.
  6. ↑ "OPRE: Opposed piston Pulling Rod Engine". www.pattakon.com. Retrieved 29 November 2019.
  7. ↑ Gingery, Vincent (2000). Building the Atkinson Differential Engine. David J. Gingery Publishing. ISBN 1878087231.
  8. ↑ "Atkinson Differential Engine Replica - Gas Engines". www.gasenginemagazine.com (in English). 13 March 2018. Retrieved 22 November 2019.
  9. ↑ "Large Gas Engines on the Continent". Page's Weekly (23 June 1905): 1336–1337.
  10. ↑ Stokes, Jason W. B.; Cunningham, Jason (1909). "The Oechelhauser Gas Engine in Great Britain: Paper Read Before the Glasgow University Engineering Society, November 11th, 1909" (in English). William Beardmore & Company. {{cite journal}}: Cite journal requires |journal= (help)
  11. ↑ "Struck by Lightning: The Kansas City Hay Press Co. - Gas Engines". www.farmcollector.com (in English). April 1999. Retrieved 26 November 2019.
  12. ↑ "The Automotor Journal" (9 April 1904): 421. {{cite journal}}: Cite journal requires |journal= (help)
  13. ↑ "Gobron-Brillie history". www.uniquecarsandparts.com.au. Archived from the original on 25 August 2013.
  14. ↑ The New Arrol-Johnston Petrol Car - Part II, The Automotor Journal, 25 November 1905, pp1467-1469, also Part III, 2 December 1905, pp1495-1496
  15. ↑ "A Horizontally Opposed Two-stroke Engine". The Motor Cycle (6 August 1914): 204.
  16. ↑ "Index Doxford site". www.telenet.be. Retrieved 26 November 2019.
  17. ↑ 17.0 17.1 "Marine Engines – Doxford". www.OldEngine.org. Archived from the original on 2 December 2013.
  18. ↑ "PatOP: Single-Crankshaft Opposed-Piston Engine". www.pattakon.com. Retrieved 29 November 2019.
  19. ↑ "Doxford Engines 1878–1980". www.doxford-engine.com. Archived from the original on 24 December 2016. Retrieved 28 March 2006.
  20. ↑ "Junkers Ship Engines". www.geocities.com. Archived from the original on 2009-10-25.
  21. ↑ Setright, L. J. K. (1975). Some unusual engines (in English). Mechanical Engineering Publications for the Institution of Mechanical Engineers. ISBN 9780852982082. Retrieved 20 November 2019.
  22. ↑ "Fairbanks-Morse 38D8 Diesel Engine". www.psrm.org. Archived from the original on 26 May 2006.
  23. ↑ "Fairbanks-Morse FM 38D 8-1/8 Diesel and Dual Fuel".
  24. ↑ "Rootes-Lister – TS3 Horizontally Opposed Piston Engine". www.OldEngine.org. Archived from the original on 25 February 2008.
  25. ↑ "The greatest fire pumper the world has known (Fire Rescue 1)".
  26. ↑ Achates Power Website. "Engine Design Timeline". Archived from the original on 2013-05-13.
  27. ↑ "Two-stroke Opposed Piston Internal Combustion Engine". Espacenet. Retrieved 20 November 2019.
  28. ↑ "Diesel Air pamphlet" (Press release). Olney, Buckinghamshire, United Kingdm: Diesel Air Ltd. 2002.
  29. ↑ "U.S. Army Awards Cummins Inc. $87M Contract to Deliver the Advanced Combat Engine". Cummins.
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