प्रगति के हाशिये पर अटके अजीब इंजन

वैंकेल इंजन, स्टर्लिंग इंजन और विभिन्न प्रकार की टर्बो-पावर इकाइयाँ कभी भी ऑटोमोटिव मुख्यधारा में प्रवेश नहीं कर पाईं। कई जानी-मानी कंपनियाँ — Mazda से GM तक, Mercedes से Volvo तक — इन पर दशकों तक काम करती रहीं। छोटी फर्में और व्यक्तिगत आविष्कारक भी डटे रहे। फिर भी यह निकला कि प्रत्येक वैकल्पिक डिज़ाइन में शुरुआती उम्मीद से कहीं अधिक खामियाँ थीं। इसका अर्थ यह नहीं कि अपरंपरागत पावर यूनिट का विकास असंभव है। उत्साही लोग विभिन्न विचारों को आगे बढ़ाते रहते हैं, और यहाँ हम अब तक निर्मित कुछ सबसे अनोखे इंजन संकल्पनाओं की पड़ताल करते हैं।

स्प्लिट-साइकिल इंजन: दो सिलेंडर, एक पावर स्ट्रोक

कुछ इंजन डिज़ाइनरों ने निष्कर्ष निकाला कि सिलेंडर, पिस्टन, कनेक्टिंग रॉड और क्रैंकशाफ्ट का क्लासिक संयोजन एक सदी से अधिक समय से अपनी उपयोगिता साबित कर चुका है — और आंतरिक दहन इंजनों को बेहतर बनाने के लिए शुरू से फिर से बनाने के बजाय केवल कुछ पहलुओं में बदलाव की आवश्यकता है। हमारी सूची का पहला उदाहरण अमेरिकी कंपनी Scuderi Group द्वारा विकसित इंजन है, जो क्लासिक इनटेक, कम्प्रेशन, पावर और एग्जॉस्ट स्ट्रोक को बनाए रखता है — लेकिन उन्हें दो अलग-अलग सिलेंडरों में विभाजित करता है:

• ठंडा (कम्प्रेसर) सिलेंडर — इनटेक और कम्प्रेशन को संभालता है
• गर्म (वर्किंग) सिलेंडर — पावर स्ट्रोक और एग्जॉस्ट को संभालता है

जब वर्किंग सिलेंडर में गैस का विस्तार होता है, तो ठंडे कम्प्रेसर सिलेंडर में इनटेक स्ट्रोक होता है। जब वर्किंग सिलेंडर एग्जॉस्ट करता है, तब कम्प्रेसर सिलेंडर संपीड़ित करता है। कम्प्रेशन स्ट्रोक के अंत में दोनों पिस्टन अपने ऊपरी डेड सेंटर के निकट आते हैं, मिश्रण एक बाईपास चैनल के माध्यम से ठंडे सिलेंडर से गर्म सिलेंडर में जाता है और प्रज्वलित होता है। यह स्प्लिट साइकिल — मूलतः एक संशोधित ओट्टो साइकिल — 2006 में पेटेंट किया गया था, और 2009 में Scuderi Group ने पायलट Scuderi Split Cycle Engine का निर्माण किया।

कम्प्रेसर और वर्किंग सिलेंडर के अलग-अलग व्यास और पिस्टन स्ट्रोक हो सकते हैं, जिससे इंजन मापदंडों को लचीले ढंग से ट्यून करना संभव होता है — यह अतिरिक्त गैस विस्तार के साथ मिलर साइकिल के एनालॉग के रूप में कार्य करता है। सिलेंडरों के बीच चैनल में वाल्व और एक हाई-प्रेशर बोतल वाली शाखा जोड़ें, और इंजन ब्रेकिंग के दौरान ऊर्जा संग्रहीत कर सकता है और त्वरण के दौरान उसे उपयोग कर सकता है। हालाँकि, कई वर्षों से Scuderi Group की गतिविधियाँ प्रोटोटाइप और ट्रेड शो उपस्थिति तक सीमित रही हैं। वास्तविक दुनिया में दक्षता लाभ अभी तक डिज़ाइन की पर्याप्त जटिलता को उचित नहीं ठहरा पाए हैं।

क्रोएशियाई कंपनी Paut Motor ने भी स्प्लिट वर्किंग साइकिल को अपनाया। उनके विस्तृत डिज़ाइन ने कई कारणों से ध्यान आकर्षित किया:

• पारंपरिक इंजनों की तुलना में काफी कम चलने वाले पुर्जे
• कम घर्षण हानि
• कम परिचालन शोर
• सघन आयाम: 7-लीटर क्षमता पर 500×440×440 मिमी
• लगभग 135 किग्रा वजन — समान विस्थापन के पारंपरिक इंजन से लगभग आधा

क्रैंककेस में तेल की अनुपस्थिति के लिए एक बाहरी लुब्रिकेशन टैंक की आवश्यकता होती है, लेकिन आविष्कारकों ने इसे एक स्वीकार्य समझौता माना। कई प्रोटोटाइप बनाए गए, हालाँकि अंतिम पावर आउटपुट कभी आधिकारिक तौर पर निर्धारित नहीं किया गया। अंतिम प्रोटोटाइप 2011 में बनाया गया था, और तब से परियोजना रुकी हुई है।

Bonner टू-स्ट्रोक इंजन: अधिकतम जटिलता, महत्वाकांक्षी लक्ष्य

Bonner टू-स्ट्रोक इंजन (अपने प्रायोजक Bonner Motor के नाम पर) 2006 में संयुक्त राज्य अमेरिका में Walter Schmid द्वारा आविष्कृत किया गया था और यांत्रिक जटिलता को और भी आगे ले जाता है। Paut Motor की तरह, इसके सिलेंडर X-कॉन्फ़िगरेशन में व्यवस्थित हैं, और क्रैंकशाफ्ट एक गियर सिस्टम के माध्यम से ग्रहीय गति करता है। प्रमुख विशेषताएँ शामिल हैं:

• गैस वितरण के लिए सिलेंडर के तले में वाल्व और मोटर बॉडी में घूमने वाले स्पूल वाल्व
• बाहरी पिस्टन जो परिवर्तनशील कम्प्रेशन अनुपात प्रदान करने के लिए तेल दबाव में थोड़ा खिसक सकते हैं
• प्राथमिक डिज़ाइन लक्ष्य के रूप में उच्च पावर-टू-वेट अनुपात

सिद्धांत में, Bonner इंजन आकर्षक दिखता है। व्यवहार में, हालाँकि, वर्षों से परियोजना से कोई महत्वपूर्ण समाचार नहीं आया है — जाहिर है, यह अपेक्षाओं पर खरा नहीं उतरा है।

एक्सियल इंजन: रिवॉल्वर की तरह व्यवस्थित सिलेंडर

अन्य आविष्कारकों ने आंतरिक दहन इंजन के वर्किंग साइकिल को बरकरार रखा लेकिन इसके घटकों के भौतिक लेआउट की फिर से कल्पना की। एक्सियल इंजन, जो एक सदी से अधिक समय से अस्तित्व में हैं, इसका एक प्रमुख उदाहरण हैं। वे विवरण में भिन्न होते हैं लेकिन एक सामान्य सिद्धांत साझा करते हैं: सिलेंडर रिवॉल्वर ड्रम में कारतूसों की तरह व्यवस्थित होते हैं, आउटपुट शाफ्ट के साथ समाक्षीय। विभिन्न तंत्र — जैसे झुके हुए पिन और टेपर वाशर — पिस्टन की पारस्परिक गति को शाफ्ट रोटेशन में परिवर्तित करते हैं।

न्यूज़ीलैंड से Duke Engines परियोजना एक उल्लेखनीय प्रकार है: 3-लीटर विस्थापन वाला पाँच-सिलेंडर, फोर-स्ट्रोक एक्सियल इंजन। समान क्षमता के पारंपरिक इंजन की तुलना में, Duke यूनिट ने प्रदान किया:

• 19% कम वजन
• 36% अधिक सघन पैकेजिंग
• ऑटोमोटिव, समुद्री और विमानन क्षेत्रों में बहुमुखी अनुप्रयोग क्षमता

इसके व्यापक अपनाए जाने के बारे में महत्वाकांक्षी वादे किए गए थे — लेकिन दुनिया जीतने के सपने, सपने ही रहे।

कनाडाई कंपनी Reg Technologies का RadMax इंजन एक्सियल अवधारणा को और आगे ले जाता है। अलग-अलग सिलेंडरों के बजाय, पतले ब्लेड का उपयोग करके एक सामान्य ड्रम के अंदर एक दर्जन कक्ष बनाए जाते हैं। रोटर स्लॉट में लगी प्लेटें रोटर के घूमने पर उनके साथ चलती हैं, और ड्रम के सिरों पर घुमावदार सतहें ब्लेड प्रक्षेपवक्र को परिभाषित करती हैं और गैस विनिमय को नियंत्रित करती हैं। उल्लेखनीय विशेषताएँ:

• कई ईंधन प्रकारों के साथ संगत, हालाँकि डीजल प्रारंभिक फोकस था
• 2003 का एक प्रोटोटाइप व्यास और लंबाई दोनों में केवल 152 मिमी था, फिर भी 42 अश्वशक्ति उत्पन्न की — समकक्ष आकार के पारंपरिक इंजन से कहीं अधिक
• बाद के प्रोटोटाइप ने कथित तौर पर 127 hp और 380 hp तक पहुँचाया

इन आशाजनक आँकड़ों के बावजूद, सभी RadMax गतिविधियाँ प्रयोगात्मक चरण में ही रहती प्रतीत होती हैं।

टोरॉइडल इंजन: जब सिलेंडर डोनट बन जाए

अब-बंद हो चुकी कनाडाई कंपनी VGT Technologies का VGT इंजन (Variable Geometry Toroidal Engine) सिद्धांत के व्यवहार से बेहतर प्रदर्शन का एक और केस स्टडी है। 2005 में पहली बार परीक्षण किया गया, यह इंजन पारंपरिक सिलेंडर की जगह एक टोरॉइड — एक डोनट के आकार का कक्ष — लेता है, जिसके अंदर एक जोड़ी जुड़े हुए पिस्टन के साथ एक रोटर घूमता है।

पिस्टन के लिए कटआउट वाली एक पतली वितरण डिस्क बेल्ट ड्राइव के माध्यम से टोरॉइड के पार घूमती है, कम्प्रेशन और पावर स्ट्रोक के दौरान ईंधन-वायु मिश्रण को प्रतिबंधित करती है। 2009 में, अमेरिकी उद्यमियों Gary Kelley और Rick Ivas ने स्वतंत्र रूप से एक टोरॉइडल इंजन विकसित किया जो कनाडाई डिज़ाइन को बारीकी से प्रतिबिंबित करता था। उनके अनुमानों ने सुझाव दिया कि आधे मीटर व्यास का टोरॉइड देगा:

• 230 अश्वशक्ति
• लगभग 1,000 N·m का टॉर्क
• सब केवल 1,050 rpm पर

उनकी कंपनी Garric Engines, अब अपनी वेबसाइट पर केवल एक संदेश प्रदर्शित करती है: “आपकी रुचि के लिए धन्यवाद। पृष्ठ भविष्य में अपडेट किया जा सकता है।”

न्यूटेटिंग इंजन: पिस्टन की जगह घूमती हुई डिस्क

2006 में अमेरिकी Leonard Meyer द्वारा आविष्कृत न्यूटेटिंग इंजन का थोड़ा अधिक आशाजनक भविष्य हो सकता है — कम से कम कई कार्यशील प्रतियाँ बनाई गई हैं। यह नाम लैटिन शब्द nutatio (हिलना या डोलना) से आया है। Meyer के डिज़ाइन में मोटर बॉडी और एक डिस्क के बीच चार परिवर्तनशील-आयतन वाले वर्किंग चेंबर बनते हैं जो पिस्टन के रूप में कार्य करते हुए आगे-पीछे न्यूटेट (डोलती) है। डिस्क को उसके व्यास के साथ आधे में काटा गया है और Z-आकार के आउटपुट शाफ्ट पर पिरोया गया है, जबकि बॉडी में चैनल और वाल्व गैस विनिमय का प्रबंधन करते हैं।

प्रोटोटाइप Baker Engineering और इसकी सहयोगी कंपनी Kinetic BEI द्वारा बनाए गए, प्रभावशाली परिणामों के साथ:

• एकल 102 मिमी डिस्क: 7 hp
• दोहरी 203 मिमी डिस्क: 120 hp
• दो-डिस्क इंजन आयाम: 500 मिमी लंबाई, 300 मिमी व्यास, 3.8-लीटर विस्थापन
• पावर-टू-वेट अनुपात: 2.5–3 hp/kg बनाम बड़े पैमाने पर उत्पादित नैचुरली एस्पिरेटेड इंजनों के लिए 1–2 hp/kg

लीटर-विशिष्ट आउटपुट कम प्रभावशाली है, लेकिन पावर घनत्व उल्लेखनीय है। Baker और Kinetic डिज़ाइन को परिष्कृत करते प्रतीत होते हैं, हालाँकि उनकी वेबसाइटों पर गतिविधि सीमित बनी हुई है।

LiquidPiston: वैंकेल इंजन उल्टा हुआ

रोटरी इंजन अवधारणाएँ नवप्रवर्तकों को मोहित करती रहती हैं, मानो परिचित पिस्टन-और-सिलेंडर व्यवस्था से हटना स्वाभाविक रूप से बेहतर प्रदर्शन का वादा करता हो। पूर्व सोवियत इंजीनियर Nikolay Shkolnik, जो संयुक्त राज्य अमेरिका चले गए, और उनके बेटे Alexander ने एक इंजन विकसित किया जो वैंकेल इंजन को उल्टा करने जैसा दिखता है। एक मूँगफली के आकार का रोटर एक त्रिकोणीय चेंबर के अंदर घूमता है — वैंकेल जैसी ही मूल ज्यामिति — लेकिन महत्वपूर्ण रूप से, सील रोटर के बजाय चेंबर की दीवारों पर स्थिर होती हैं।

Shkolnik परिवार ने अवधारणा विकसित करने के लिए LiquidPiston की स्थापना की, संभावित उपयोग के लिए DARPA से सह-फंडिंग आकर्षित की:

• हल्के विमान और ड्रोन
• पोर्टेबल पावर जनरेटर
• हाइब्रिड वाहन पावरट्रेन

23 सेमी³ का प्रोटोटाइप पहले से ही 20% थर्मल दक्षता प्राप्त करता है — उस विस्थापन वर्ग के लिए प्रभावशाली। टीम अब लगभग 13 किग्रा वजन और 40 hp उत्पादन वाले डीजल प्रोटोटाइप को लक्षित कर रही है, जिसकी अनुमानित थर्मल दक्षता 45% तक पहुँचने की संभावना है।

स्विंगिंग पिस्टन इंजन: चौकोर होना

हमारी समीक्षा का अंतिम इंजन यह साबित करता है कि एक सपाट, सघन यूनिट की अपील वास्तविक है — और रोटर इसे प्राप्त करने का एकमात्र रास्ता नहीं हैं। Pivotal Engineering का स्विंगिंग पिस्टन इंजन बस पारंपरिक पिस्टन को चौकोर बना देता है, जिससे शीर्ष दृश्य में सिलेंडर आयताकार हो जाता है। यह टू-स्ट्रोक डिज़ाइन कई वर्षों से अस्तित्व में है, जिस दौरान कई प्रोटोटाइप ने मोटरसाइकिल और विमान दोनों को शक्ति प्रदान की है।

कंपनी मुख्य रूप से विमानन अनुप्रयोगों को लक्षित करती है, और डिज़ाइन कुछ वास्तविक फायदे प्रदान करता है:

• उच्च आउटपुट-टू-वेट और आउटपुट-टू-साइज अनुपात
• उत्कृष्ट फोर्स्ड-इंडक्शन क्षमता, पिस्टन की स्थिर धुरी से गुजरने वाले तरल शीतलन चैनल द्वारा सक्षम — पारंपरिक इंजन संरचनाओं में एक कठिन उपलब्धि
• फ्लैट फॉर्म फैक्टर, क्योंकि चौकोर रोटर बहुत पतला बनाया जा सकता है

जानने योग्य अन्य अनोखी इंजन अवधारणाएँ

यहाँ कवर किए गए इंजनों से परे कई उल्लेखनीय अनोखी इंजन डिज़ाइन हैं। कुछ सम्माननीय उल्लेख:

• 12-रोटर वैंकेल इंजन — Mazda की रोटरी अवधारणा को चरम पर ले जाना
• Knight स्लीव-वाल्व इंजन — एक सदी पुराना डिज़ाइन जिसने संक्षेप में पॉपेट वाल्व को टक्कर दी
• ऑपोज़्ड-पिस्टन इंजन — दो पिस्टन एक ही सिलेंडर साझा करते हैं, बिना सिलेंडर हेड के
• वेरिएबल कम्प्रेशन रेशियो इंजन — लोड स्थितियों में दक्षता को अनुकूलित करने के लिए वास्तविक समय में कम्प्रेशन समायोजन की अनुमति देते हैं
• फाइव-स्ट्रोक इंजन — दहन गैसों से अधिक कार्य निकालने के लिए एक समर्पित एक्सपेंशन सिलेंडर जोड़ना
• रोटरी-ब्लेडेड इंजन — जहाँ रोटर घटक परस्पर अभिसारी और अपसारी कैंची ब्लेड की तरह चलते हैं

वैकल्पिक इंजन बड़े पैमाने पर उत्पादन तक क्यों नहीं पहुँचते?

अपरंपरागत आंतरिक दहन इंजन डिज़ाइनों का एक संक्षिप्त सर्वेक्षण भी एक स्पष्ट पैटर्न दर्शाता है: दर्जनों चतुर विचार, बहुत कम उत्पादन वाहन। बार-बार आने वाली बाधाएँ सुसंगत हैं:

• सील घिसाव — रोटरी डिज़ाइन अक्सर समय के साथ एपेक्स सील के क्षरण के कारण विफल होते हैं
• बारी-बारी यांत्रिक भार — रोटरी-ब्लेडेड अवधारणाएँ ब्लेड-टू-शाफ्ट कनेक्शन पर थकान से पीड़ित होती हैं
• निर्माण जटिलता — अनोखी ज्यामितियाँ बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए महंगी और कठिन होती हैं
• विश्वसनीयता और दीर्घायु — अपरंपरागत इंजन शायद ही कभी 100+ वर्षों में परिष्कृत पारंपरिक पिस्टन इंजनों के स्थायित्व रिकॉर्ड से मेल खा पाते हैं

वैकल्पिक इंजनों के संघर्ष का दूसरा कारण यह है कि पारंपरिक आंतरिक दहन इंजन तकनीक स्थिर नहीं रही। मिलर साइकिल का उपयोग करने वाले नवीनतम गैसोलीन इंजन टर्बोचार्जिंग के बिना भी 40% तक थर्मल दक्षता प्राप्त करते हैं — एक उल्लेखनीय आँकड़ा, यह देखते हुए कि अधिकांश गैसोलीन इंजन केवल 20–30%, और डीजल इंजन 30–40% (बड़े समुद्री डीजल इंजन 50% तक) प्रबंधित करते हैं।

सबसे महत्वपूर्ण बात, आंतरिक दहन इंजन का वैश्विक विकल्प पहले से ही आ चुका है: इलेक्ट्रिक मोटर और फ्यूल सेल पावर यूनिट। यदि इन अनोखी जिज्ञासाओं के पीछे के आविष्कारक बहुत जल्द अपनी तकनीकी चुनौतियों का समाधान नहीं करते, तो उन्हें पता चल सकता है कि उनके लिए कोई बाज़ार प्रतीक्षा नहीं कर रहा — इलेक्ट्रिक वाहन पहले से ही सड़क ले चुके होंगे।

यह एक अनुवाद है। आप मूल यहाँ पढ़ सकते हैं: https://www.drive.ru/technic/57769ed4ec05c4745f00009b.html