ইঞ্জিন কীভাবে জ্বলে ওঠে? স্পার্ক প্লাগ এবং ম্যাগনেটোর বিস্মৃত ইতিহাস

ইগনিশন সিস্টেম হলো সেই সাবসিস্টেম, যার দায়িত্ব অভ্যন্তরীণ দহন ইঞ্জিনের সিলিন্ডারে সংকোচনের পর জ্বালানি-বায়ু মিশ্রণকে প্রজ্বলিত করা; এই যন্ত্রটি ছাড়া, যা বুঝিতে নিয়ন্ত্রিত স্ফুলিঙ্গ সৃষ্টি করে, চার-স্ট্রোক চক্র সম্পূর্ণ হতে পারে না। 1860 সালে Etienne Lenoir-এর ইঞ্জিন থেকে আজকের coil-on-plug ব্যবস্থা পর্যন্ত বিস্তৃত ১৫০ বছরেরও বেশি সময়ের ধারাটি আসলে একটিমাত্র সমস্যার সমাধানের গল্প: ঠিক সময়ে, যথেষ্ট ভোল্টেজে, নির্ভরযোগ্যভাবে স্ফুলিঙ্গ উৎপাদন করা।

স্ফুলিঙ্গের সমস্যা নিয়ে জন্ম নেওয়া ইঞ্জিন: প্রথম বুঝি এবং Lenoir

অভ্যন্তরীণ দহন পিস্টন ইঞ্জিনের প্রথম নমুনাটি জন্মের আগে থেকেই ইগনিশনের সমস্যা সঙ্গে করে নিয়ে এসেছিল। 1860 সালে Étienne Lenoir তাঁর নামে নামাঙ্কিত গ্যাস ইঞ্জিনে একটি বৈদ্যুতিক বুঝি ব্যবহার করেন এবং বুঝির আবিষ্কারের জন্য সাধারণত তাঁকেই কৃতিত্ব দেওয়া হয়। নীতিগতভাবে সিস্টেমটি আজকের সিস্টেমের সঙ্গে আশ্চর্যরকম সাদৃশ্যপূর্ণ ছিল: উচ্চ ভোল্টেজের বিদ্যুৎ বুঝির ইলেকট্রোডের মধ্যকার বায়ুশূন্য ফাঁক অতিক্রম করে স্ফুলিঙ্গ সৃষ্টি করত। স্ফুলিঙ্গ-দহন বা spark-ignition ধারণাটি কখনোই পরিবর্তিত হয়নি; মৌলিক কর্মপদ্ধতি ১৫০ বছরেরও বেশি সময় ধরে একই রয়ে গেছে।

বুঝির বাণিজ্যিক পরিণতির পথে আরেকটি নাম সামনে আসে: Frederick Richard Simms। Simms ছিলেন GB 24859/1898 নম্বরের, অভ্যন্তরীণ দহন ইঞ্জিনের জন্য একটি ম্যাগনেটো সংক্রান্ত প্যাটেন্টের মালিক এবং প্রথম বাণিজ্যিকভাবে ব্যবহারযোগ্য উচ্চ ভোল্টেজের বুঝি উদ্ভাবনকারী ব্যক্তি হিসেবে তিনি পরিচিত। একই বছর Bosch-এর সঙ্গে সহযোগিতা শুরু করা কোনো কাকতালীয় বিষয় ছিল না; বুঝি কার্যকর হওয়ার জন্য তার পেছনে একটি নির্ভরযোগ্য উচ্চ ভোল্টেজের উৎস প্রয়োজন ছিল, এবং সেই উৎসটি ম্যাগনেটোতেই খুঁজে পাওয়া যাবে।

বুঝি আবিষ্কারের কৃতিত্ব আজও বিতর্কিত। Lenoir সাধারণভাবে স্বীকৃত নাম হলেও, বৈদ্যুতিক বুঝি Oliver Lodge কর্তৃক উদ্ভাবিত হয়েছিল এমন নথিও রয়েছে; Edmond Berger-এর নামও উল্লেখ করা হয়। ক্যাপাসিটিভ ডিসচার্জ ইগনিশনের (CDI) উৎপত্তি ১৮৯০-এর দশকে, নিকোলা টেসলার কাজ পর্যন্ত ফিরে যায়। প্রকৌশল ইতিহাসের বেশিরভাগ ক্ষেত্রের মতো এখানেও একটিমাত্র নামের বদলে একে অপরকে পূরক কয়েকটি অবদানের কথা বলা অধিক সঠিক।

ম্যাগনেটো যুগ: ব্যাটারি ছাড়া স্ফুলিঙ্গ এবং Bosch-এর উত্থান

অটোমোবাইলের প্রাথমিক বছরগুলোতে আজ যাকে আমরা বৈদ্যুতিক সংস্থাপন বলে বুঝি, তা প্রায় ছিলই না; ব্যাটারি বহন করা ছিল ভারী, ব্যয়বহুল এবং অনির্ভরযোগ্য। ম্যাগনেটো এই শূন্যস্থান পূরণ করেছিল: যেহেতু এটি নিজের ঘূর্ণন থেকে বিদ্যুৎ উৎপাদন করত, তাই এটি ব্যাটারি ছাড়াই স্ফুলিঙ্গের আঘাত সরবরাহ করত। Robert Bosch 1887 সালে স্থির ইঞ্জিনের জন্য প্রথম ম্যাগনেটো ইগনিশন ডিভাইস উৎপাদন করেন; 1897 সালে ম্যাগনেটো ইগনিশন যানবাহনে পরীক্ষা করা শুরু হয় এবং ব্যাপক উৎপাদন শুরু হয় 1898 সালে। এই সময় থেকে Bosch ম্যাগনেটো ইগনিশন সরবরাহকারী প্রকৃত অর্থেই একমাত্র নির্ভরযোগ্য উৎপাদকের অবস্থানে চলে আসে।

গুরুত্বপূর্ণ লাফটা আসে 1901 সালের শেষে। Bosch-এর প্রযুক্তি পরিচালক Gottlob Honold, স্টুটগার্ট কারখানায় বিশ্বের প্রথম হাই ভোল্টেজ ম্যাগনেটো এবং সঙ্গীয় স্পার্ক প্লাগ উন্নত করেন। এই জুটি গাড়ির ব্যাটারির প্রয়োজনীয়তা দূর করে এবং স্পার্ক প্লাগগুলোকে সত্যিকার অর্থেই ব্যবহারিক করে তোলে। প্রায় 1902 সালে Bosch স্থায়ী স্পার্ক প্লাগ এবং সিলিন্ডারের বাইরে ব্রেকার সহ দ্বৈত কয়েলযুক্ত ম্যাগনেটো উপস্থাপন করে। 1914-এর আগের বছরগুলোতে Bosch ম্যাগনেটো বাজারে নির্ধারক ছিল; সে সময়ের বৈজ্ঞানিক প্রকাশনাগুলোও ম্যাগনেটো ও কয়েল ইগনিশনের মধ্যে পছন্দের আলোচনা বিস্তারিতভাবে নিয়ে আসত।

হাই ভোল্টেজ ম্যাগনেটো হলো একটি ম্যাগনেটো-ট্রান্সফরমার সমন্বয়, যা স্পার্ক প্লাগে হাই ভোল্টেজ স্পন্দন পাঠায়। আজকাল এটি মূলত ব্যাটারিবিহীন ইঞ্জিনে - লন মোয়ার, চেইনস ইত্যাদিতে - এবং আধুনিক পিস্টন ইঞ্জিনযুক্ত বিমানে এখনও ব্যবহৃত হয়। একটি প্রযুক্তি গাড়ি থেকে সরে গিয়ে বিমান চলাচলে মান হয়ে থাকা, এটি কতটা মজবুত ভিত্তির ওপর প্রতিষ্ঠিত তার একটি ভালো ইঙ্গিত।

ট্রেম্বলার কয়েল: মডেল T এবং Benz-এর বেছে নেওয়া পথ

ম্যাগনেটো ছিল একমাত্র পথ নয়। 1886 সালের Benz Patent-Motorwagen এবং 1908 সালের Ford Model T একটি সিস্টেম ব্যবহার করত, যাকে ট্রেম্বলার কয়েল বলা হত। এই ব্যবস্থায় কয়েলে ব্রেকার মেকানিজমের মাধ্যমে বিচ্ছিন্ন কারেন্ট সরবরাহ করা হত, ফলে কাঁপা, বিচ্ছিন্ন স্পার্ক তৈরি হত। মডেল T-তে চারটি সিলিন্ডারের প্রতিটির জন্য আলাদা ট্রেম্বলার কয়েল ছিল; এটি ছিল সহজ, মেরামতে সহজ এবং ব্যাটারিতে চলা একটি সমাধান। সে সময়ের গাড়িগুলোর দিকে তাকালে দুটি প্রধান ধারা দেখা যায়: ব্যাটারিবিহীন ম্যাগনেটো শিবির এবং ট্রেম্বলার কয়েল শিবির। কোনটি জিতেছে তার উত্তর, পরবর্তী বিভাগের উন্নতির সাথে স্পষ্ট হয়ে ওঠে।

কেটারিং সিস্টেম: ডিস্ট্রিবিউটর কেন আধা শতাব্দী যথেষ্ট ছিল?

চার্লস এফ. কেটারিং, 1910-এর দিকে ব্যাটারি-কয়েল ইগনিশন সিস্টেম - যা ডেলকো সিস্টেম নামে পরিচিত - উন্নত করেন। সিস্টেমটি চারটি প্রধান উপাদান নিয়ে গঠিত ছিল: ইগনিশন কয়েল, ব্রেকার পয়েন্ট, কনডেন্সার এবং ডিস্ট্রিবিউটর। একটি কয়েল লো ভোল্টেজকে হাই ভোল্টেজে উন্নীত করত, আর ডিস্ট্রিবিউটরের ভেতরের রোটর আর্মের মাধ্যমে ভোল্টেজ সঠিক স্পার্ক প্লাগে পৌঁছাত। সিস্টেমটি প্রথমবারের মতো 1912 সালে Cadillac গাড়িতে উপস্থাপিত হয়; সূত্রগুলোতে উন্নয়নের বছর 1910, 1911 এবং 1912 হিসেবে ভিন্নভাবে উল্লেখ থাকলেও 1912 Cadillac-এর প্রবেশই সবচেয়ে সঙ্গতিপূর্ণ ইতিহাস এবং এটি 1912 সালে ডিস্ট্রিবিউটর-ভিত্তিক সিস্টেমের প্রথম ব্যবহারেরও ইঙ্গিত দেয়।

কেটারিং সিস্টেমের বিজয়ী হওয়ার কারণ ছিল প্রকৌশলগত রুচিশীলতা নয়, বরং সস্তা এবং তুলনামূলকভাবে সহজ হওয়া। এই দুটি বৈশিষ্ট্য এটিকে বহু বছর ধরে অটোমোটিভ শিল্পের প্রাথমিক ইগনিশন সিস্টেম বানিয়ে রাখে। 1912 সালের Cadillac Model Thirty থেকে শুরু করে পয়েন্ট-টাইপ ডিস্ট্রিবিউটর ব্যবস্থাগুলো 1970-এর দশকের মাঝ পর্যন্ত বেশিরভাগ গাড়িতে প্রাথমিক সিস্টেম হিসেবে রয়ে যায়।

সিস্টেমের সীমাবদ্ধতাও শুরু থেকেই স্পষ্ট ছিল। মেকানিকাল ব্যবস্থাটি প্লাগে প্রায় 10,000 ভোল্ট উৎপন্ন করতে পারত; পরিবর্তনশীল লোড ও আরপিএম অবস্থায় নমনীয়তা সীমিত ছিল। কন্টাক্ট পয়েন্টগুলো মেকানিকাল ক্ষয়, অক্সিডেশন এবং স্পর্শ তলে সৃষ্ট স্পার্কের কারণে পুড়ে যাওয়ার ঝুঁকিতে থাকত; নিয়মিত টিউনিং প্রয়োজন হতো এবং অদক্ষ স্পার্কের কারণ হতে পারত। অর্থাৎ সিস্টেমটি কাজ করছিল কিন্তু প্রকৌশলগত দিক থেকে এর সীমা কম ছিল - এই সীমাই ইলেকট্রনিক ইগনিশনের দরজা খুলে দিল।

পয়েন্ট থেকে ট্রানজিস্টরে: ইলেকট্রনিক ইগনিশনে উত্তরণ

এই উত্তরণ যতটা ভাবা হয়েছিল তার চেয়ে আগেই শুরু হয়েছিল। প্রথম ইলেকট্রনিক ইগনিশনের চেষ্টা কোল্ড ক্যাথোড ধরনের একটি ব্যবস্থা হিসেবে 1948 সালে Delco-Remy দ্বারা পরীক্ষিত হয়। Lucas 1955 সালে ট্রানজিস্টর ইগনিশন উপস্থাপন করে এবং এই সিস্টেম 1962 সালে BRM ও Coventry Climax-এর Formula 1 ইঞ্জিনে ব্যবহৃত হয় - নতুন প্রযুক্তি, যেমনটা সবসময় হয়, প্রথমে রেস ট্র্যাক থেকেই ছড়িয়ে পড়ে। সিরিয়াল উৎপাদনের যাত্রা এভাবে এগিয়েছে:

• 1963: Pontiac ঐচ্ছিক ইলেকট্রনিক ইগনিশন (Delcotronic) দেওয়া প্রথম অটোমোবাইল নির্মাতা হয়; একই বছর Hyland Electronics প্রথম বাণিজ্যিক সম্পূর্ণ সলিড-স্টেট SCR ক্যাপাসিটিভ ডিসচার্জ ইগনিশন উৎপাদন করে।
• 1964-65: Ford ফ্লিট টেস্ট করে এবং কিছু মডেলে ঐচ্ছিক ইলেকট্রনিক ইগনিশন দেওয়া শুরু করে; aftermarket দিকে Prest-O-Lite CD-65 (50,000 মাইল ওয়ারেন্টিসহ) ও Delta Mark 10 বাজারে আসে।
• 1967-68: Motorola breakerless CD সিস্টেম উপস্থাপন করে; Fiat Dino ইলেকট্রনিক ইগনিশনসহ স্ট্যান্ডার্ড আসা প্রথম সিরিয়াল উৎপাদিত অটোমোবাইল হয়।
• 1971-75: Jaguar XJ Series 1-এর পর Chrysler, Ford ও GM-এর ধারাবাহিকতা অনুসরণ করে; GM-এর HEI সিস্টেম 1974 সালের শেষে কিছু যানে চালু হয়।

1970-এর দশকের মাঝামাঝি যখন কন্টাক্ট পয়েন্ট ট্রানজিস্টর দিয়ে প্রতিস্থাপিত হতে শুরু করে, ইগনিশন ভোল্টেজ প্রায় 20 kV-এ পৌঁছায় - Kettering সিস্টেমের 10,000 ভোল্টের সীমার দ্বিগুণ। ডিস্ট্রিবিউটর নিজে আরও কিছুকাল বেঁচে ছিল; বিতরণের দায়িত্ব বজায় রেখেছিল, কিন্তু টাইমিং এখন আর মেকানিকাল ওজন নয়, বরং ইলেকট্রনিক ব্রেইন নির্ধারণ করত। 1980 ও 1990-এর দশকে ডিস্ট্রিবিউটর বড় পরিসরে ইলেকট্রনিক ইগনিশন সিস্টেম দ্বারা প্রতিস্থাপিত হয়; কম্পিউটার-নিয়ন্ত্রিত ব্যবস্থা আরও সুনির্দিষ্ট টাইমিং ও অনেক কম রক্ষণাবেক্ষণ দিত।

ডিস্ট্রিবিউটরের অবসর: Coil-on-Plug ও সরাসরি ইগনিশন

বিতরণ যুক্তির বিলুপ্তি 1980-এর দশকের মাঝামাঝি শুরু হয়। GM ডিস্ট্রিবিউটর ও একক কয়েল সরিয়ে প্রতিটি মাত্র দুটি সিলিন্ডারে শক্তি জোগানো মাল্টিপল কয়েল প্যাকে রূপান্তরিত হতে শুরু করে; এই ব্যবস্থায় ভোল্টেজ 100,000 ভোল্ট পর্যন্ত উঠতে পারত। একটি কয়েল দিয়ে দুটি সিলিন্ডার পরিচালনা, যার একটি নিষ্পত্তিজনক স্পার্ক (wasted spark) নামে পরিচিত, ডিস্ট্রিবিউটরবিহীন ইগনিশনের প্রথম ব্যবহারিক রূপগুলোর একটি হয়ে ওঠে। Nissan-এর NDIS (Nissan Direct Ignition System) নামের সিস্টেমটি প্রথমবার 1985 সালে RB20DET NICS ও CA18DE NICS ইঞ্জিনে দেখা যায়।

1990-এর দশক থেকে coil-on-plug ব্যবস্থা ব্যাপক হয়ে ওঠে: প্রতিটি প্লাগের উপরে সরাসরি একটি কয়েল থাকে, হাই-ভোল্টেজ ক্যাবল ও ডিস্ট্রিবিউটর রোটর সম্পূর্ণভাবে অবলুপ্ত হয়ে যায়। 1996 সালে DENSO অটোমোবাইল শিল্পের প্রথম কমপ্যাক্ট stick ধরনের ইগনিশন কয়েল তৈরি করে আজকের সিলিন্ডার হেডের দৃশ্যপট নির্ধারণ করেছিল। আধুনিক ইঞ্জিনে ECU একটি একক ডিভাইস দিয়ে ইগনিশন এবং ফুয়েল ইনজেকশনসহ বিভিন্ন ইঞ্জিন ফাংশন নিয়ন্ত্রণ করে - আগের যুগের পৃথক সিস্টেমগুলোর ঠিক বিপরীত একটি স্থাপত্য। ইগনিশন এখন আর একটি স্বাধীন সাব-সিস্টেম নয়, বরং ইঞ্জিন ম্যানেজমেন্টের একটি উপসেট।

ইগনিশন সিস্টেম আজ কোথায়? সীমাবদ্ধতা এবং বিতর্ক

স্পার্ক প্লাগের আবিষ্কারকের পরিচয়ের মতোই, ক্লাসিক যানবাহনের জগতে পয়েন্ট-ইলেকট্রনিক বিতর্কও তার প্রাণশক্তি ধরে রেখেছে। কারিগরি দিকটি স্পষ্ট: কন্টাক্ট পয়েন্টগুলো ক্ষয় হয়, সমন্বয়ের প্রয়োজন হয় এবং অদক্ষ স্পার্ক তৈরি করতে পারে। এর বিপরীতে, ক্লাসিক গাড়ির মালিকদের মধ্যে "ভালোভাবে রক্ষণাবেক্ষণ করা পয়েন্টগুলোর ওপর একটি সাধারণ ইলেকট্রনিক ইগনিশনের কোনো উপকারিতা নেই" - এই মত প্রচলিত এবং বাস্তবে যৌক্তিক প্রমাণিত হওয়ার ঘটনাও আছে; ইলেকট্রনিক অংশগুলোর মেরামতের খরচ বেশি হতে পারে - এটাও সত্য। Kettering সিস্টেমের বিকাশের বছর নিয়ে বিভিন্ন সূত্রের মধ্যে পার্থক্যের মতোই, এখানকার মতপার্থক্যও পরিমাপের সংজ্ঞার চেয়ে ব্যবহারের প্রেক্ষাপট থেকেই উদ্ভূত: দৈনন্দিন ব্যবহার এবং concours স্তরের অরিজিনালিটি ভিন্ন ভিন্ন প্রয়োজনীয়তা।

ভবিষ্যতের দিক থেকে, 2013 সালের মূল্যায়নগুলো অনুমান করেছিল যে spark ignition এবং compression ignition আরও কিছুদিন প্রাধান্য বজায় রাখবে। HCCI (হোমোজিনিয়াস কম্প্রেশন ইগনিশন) ইঞ্জিনগুলো পেট্রোলে চলতে পারে এবং ড্রাইভিং পরিস্থিতি অনুযায়ী দুটি ইগনিশন মোডের মধ্যে পরিবর্তন করতে পারে, এবং দক্ষতা ডিজেল স্তরের কাছাকাছি নিয়ে আসতে পারে; এটি আজও মূলত একটি তাত্ত্বিক কাঠামো। তবে ক্লাসিক যানবাহনের বাজারে 123ignition-এর মতো মাইক্রোপ্রসেসর-ভিত্তিক, Bluetooth-সমর্থিত আধুনিক ডিস্ট্রিবিউটরগুলো Kettering-এর চেহারা ধরে রেখে সমসাময়িক নির্ভরযোগ্যতা প্রদান করছে - অতীতের নান্দনিকতা আজকের ইলেকট্রনিক্সের সাথে মিলিয়ে দেওয়া হয়েছে।

উপসংহার: একই স্পার্ক, পরিবর্তিত স্থাপত্য

ইগনিশন প্রযুক্তির 160 বছরের গ্রাফ তিনটি সংখ্যায় ধরা যায়: Kettering সেটআপের 10,000 ভোল্ট, ইলেকট্রনিক রূপান্তরের 20,000 ভোল্ট এবং coil-on-plug-এর 100,000 ভোল্ট। উদ্দেশ্য কখনোই বদলায়নি; যা বদলেছে, তা হলো স্পার্ক তৈরি এবং টাইমিংয়ের স্থাপত্যের যান্ত্রিক থেকে কঠিন রূপে বিবর্তন। ম্যাগনেটো থেকে ডিস্ট্রিবিউটর, ডিস্ট্রিবিউটর থেকে প্রতি স্পার্ক প্লাগে কয়েলে যাওয়া পথটি হলো অটোমোটিভ ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের সামগ্রিক গল্পেরই হুবহু ক্ষুদ্র সংস্করণ: কম ক্ষয়প্রাপ্ত অংশ, বেশি নিয়ন্ত্রণ, বেশি ভোল্টেজ।

সূত্র

• Ignition system
• Spark plug
• Ignition magneto
• 1886-1905: প্রথম কর্মশালা থেকে কারখানা পর্যন্ত
• Bosch Automotive - একটি পণ্যের ইতিহাস
• Bosch-এর ম্যাগনেটো ইগনিশন ডিভাইস কীভাবে স্পার্ক প্লাগকে সম্ভব করেছিল
• ইগনিশনের বিবর্তন
• DENSO ইগনিশন কয়েলের বিবর্তন তুলে ধরেছে
• পয়েন্ট থেকে নির্ভুলতা পর্যন্ত: ইগনিশন সিস্টেমের এক শতাব্দীর ইতিহাস
• ইলেকট্রনিক ইগনিশন
• মোটরগাড়ির জন্য ম্যাগনেটো নাকি কয়েল ইগনিশন
• Frederick Richard Simms
• Étienne Lenoir
• ইলেকট্রনিক ইগনিশন ডিস্ট্রিবিউটর সম্পর্কে জানুন
• পুরনো গাড়িতে পয়েন্ট বনাম ইলেকট্রনিক্স