दो-स्ट्रोक इंजन कारों से क्यों गायब हो गया?

दो स्ट्रोक इंजन कारों से हट गया, क्योंकि इसकी मूल कार्य प्रणाली ईंधन और तेल का कुछ हिस्सा सीधे एग्जॉस्ट में बाहर फेंक देती है; 1980 के दशक में सख्त हुए उत्सर्जन नियमों ने इस संरचना को प्रतिबंध की सीमा तक धकेल दिया और चार स्ट्रोक इंजनों के तेज़ विकास ने इस जगह को भर दिया। लेकिन यह कहानी का अंत नहीं है। एक समय लाखों कारों को चलाने वाले, हाथ से उठाए जा सकने वाले और अत्यंत सस्ते उत्पादन वाले इस इंजन के उत्थान और पतन की कहानी, ऑटोमोबाइल इतिहास की सबसे दिलचस्प इंजीनियरिंग गणनाओं में से एक बयान करती है।

दो स्ट्रोक इंजन कैसे काम करता है और इतना सरल क्यों है?

एक आंतरिक दहन इंजन के कर्तव्य की परिभाषा स्पष्ट है: सक्शन, संपीड़न, दहन और एग्जॉस्ट। चार स्ट्रोक इंजन इन चार चरणों को पिस्टन के चार स्ट्रोक में, यानी क्रैंकशाफ्ट के दो पूरे चक्करों में फैलाता है। दो स्ट्रोक इंजन वही चक्र पिस्टन के दो स्ट्रोक में, क्रैंकशाफ्ट के एक ही चक्कर में पूरा करता है। परिणाम गणितीय रूप से स्पष्ट है: पिस्टन हर बार टॉप डेड सेंटर पर पहुँचता है तो दहन होता है और शक्ति पैदा होती है। चार स्ट्रोक में शक्ति चार पावर स्ट्रोक में से केवल एक में मिलती है, जबकि दो स्ट्रोक में हर टॉप पॉइंट पर मिलती है। पावर स्ट्रोक की आवृत्ति दोगुनी हो जाती है।

इस गति की कीमत वाल्व तंत्र का त्याग है। बुनियादी क्रैंककेस वाले दो स्ट्रोक डिज़ाइन में वाल्व नहीं होते; उनका काम सिलेंडर की दीवार पर बने पोर्ट्स और पिस्टन की अपनी गति संभालती है। एग्जॉस्ट पोर्ट पावर स्ट्रोक के दौरान पिस्टन के नीचे उतरते समय खुलता है; ईंधन-वायु का नया मिश्रण ट्रांसफर पोर्ट से सिलेंडर में प्रवेश करता है और शेष एग्जॉस्ट गैस को बाहर धकेल देता है। यह स्कैवेंजिंग प्रक्रिया इंजन का सबसे चतुर और साथ ही सबसे कमजोर कड़ी है - हम आगे देखेंगे। लुब्रिकेशन भी इसी तरह की सरलता पर आधारित है: तेल को ईंधन में मिला दिया जाता है, वह क्रैंककेस से गुजरता है और इंजन के साथ जल जाता है। यह मिश्रण हर दिशा में काम करना संभव बनाता है; इसीलिए दो स्ट्रोक इंजन उन पोर्टेबल उपकरणों के लिए आज भी आदर्श है जहाँ गुरुत्वाकर्षण की दिशा मायने नहीं रखती।

लूप स्कैवेंजिंग: महत्वपूर्ण सुधार

शुरुआती दो-स्ट्रोक इंजन सरल क्रॉस-फ्लो स्कैवेंजिंग का उपयोग करते थे और ताज़ा मिश्रण का एग्जॉस्ट में निकल जाना एक गंभीर समस्या थी। Adolf Schnürle द्वारा 1920 के दशक के मध्य में विकसित लूप स्कैवेंजिंग डिज़ाइन ने ताज़ा मिश्रण को सिलेंडर के भीतर नियंत्रित चक्र बनाते हुए एग्जॉस्ट गैस को बाहर धकेलने में सक्षम बनाया। यह समाधान 1930 के दशक में जर्मनी में व्यापक हुआ और द्वितीय विश्व युद्ध के बाद पूरी दुनिया में फैल गया। बाद के इंजीनियरिंग मूल्यांकनों ने पुष्टि की कि लूप स्कैवेंजिंग हर परिस्थिति में क्रॉस-फ्लो से अधिक कुशल थी; युद्ध के बाद के सभी दो-स्ट्रोक ऑटोमोबाइल इसी आर्किटेक्चर पर आधारित थे।

प्रारंभिक काल: Clerk, Benz और वाल्व-रहित इंजन का जन्म

दो-स्ट्रोक का विचार ऑटोमोबाइल जितना ही पुराना है। सिलेंडर-संपीड़ित पहले व्यावसायिक दो-स्ट्रोक इंजन का पेटेंट स्कॉटिश इंजीनियर Dugald Clerk ने 1881 में लिया; लेकिन Clerk का डिज़ाइन, संपीड़न को एक अलग चार्जिंग सिलेंडर से करने वाला भारी-भरकम ढाँचा था। एक दिलचस्प ऐतिहासिक टिप्पणी: Karl Benz ने 31 दिसंबर 1879 को एक दो-स्ट्रोक गैस इंजन बनाया और 1880 में जर्मनी में उसका पेटेंट कराया। ऑटोमोबाइल का जनक माने जाने वाले व्यक्ति का पहला इंजन चार-स्ट्रोक नहीं बल्कि दो-स्ट्रोक था।

असली मोड़ तब आया जब क्रैंककेस-स्कैवेंज्ड डिज़ाइन विकसित हुआ, जो आधुनिक दो-स्ट्रोक की रीढ़ बना। यह दृष्टिकोण सामान्यतः अंग्रेज़ Joseph Day को दिया जाता है; Day के कर्मचारी Frederic Cock ने इंजन को पूरी तरह वाल्व-रहित बनाकर आज हम जिस रूप को जानते हैं, वह बनाया। पहला वास्तव में व्यावहारिक अनुप्रयोग भी इंग्लैंड से ही आया: Alfred Angas Scott ने 1908 से ट्विन-सिलेंडर, जल-शीतलित मोटरसाइकिलें बनाना शुरू कीं। इंजन में परिपक्व हुई यह तकनीक अगले दशकों में ऑटोमोबाइल में स्थानांतरित होगी, ठीक उस समय जब यूरोप को इसकी सबसे अधिक आवश्यकता थी।

DKW और युद्ध-पश्चात यूरोप में दो-स्ट्रोक विस्फोट

युद्ध के बाद यूरोप में स्टील की कमी थी, पैसे की कमी थी, सब कुछ की कमी थी। ऑटोमोबाइल के चलने वाले पुर्ज़े जितने कम होते, उतना सस्ते में उत्पादन होता और उतनी आसानी से मरम्मत हो जाती। दो-स्ट्रोक इंजन इस गणित के ठीक बीच में था: कम पुर्ज़े, कम वज़न, सरल रखरखाव। इसके अलावा पावर स्ट्रोक का दोगुना बार होना प्रति लीटर अधिक शक्ति का मतलब था - छोटे विस्थापन वाले इंजनों से उचित प्रदर्शन मिल सकता था।

इस मंच के केंद्र में DKW का नाम था। इसके संस्थापक डेनमार्क के Jørgen Skafte Rasmussen ने 1928 में Zwickau स्थित Audi फैक्ट्री खरीदी थी। DKW ने 1929 से ऑटोमोबाइल का उत्पादन शुरू किया और अपने दो-स्ट्रोक इंजन अन्य निर्माताओं को भी आपूर्ति किए; 1929 में 600 cc के ट्विन-सिलेंडर, 15 hp इंजनों के साथ मोटरस्पोर्ट करियर शुरू किया। 1930 के दशक के DKW डिज़ाइन आज दो-स्ट्रोक इंजन इतिहास की सबसे महत्वपूर्ण कृतियों के रूप में मूल्यांकित किए जाते हैं। 1953 में कंपनी ने फ्रंट-व्हील ड्राइव, तीन-सिलेंडर, 896 cc दो-स्ट्रोक DKW 3=6 मॉडल - "Sonderklasse" नाम से - पेश किया।

प्रमुख दो-स्ट्रोक ऑटोमोबाइल निर्माता

• Saab (स्वीडन): 92, 93, 95, 96, Sonett II और इनके व्युत्पन्न मॉडलों में तीन-सिलेंडर दो-स्ट्रोक का उपयोग किया।
• DKW और Auto-Union (जर्मनी): तकनीक का मुख्य विकासकर्ता और आपूर्तिकर्ता।
• VEB Sachsenring (पूर्वी जर्मनी): Trabant का निर्माता।
• VEB Automobilwerk Eisenach (पूर्वी जर्मनी): Wartburg का उत्पादन किया।
• FSO और FSM (पोलैंड): लाइसेंस प्राप्त दो-स्ट्रोक का उत्पादन।
• Suzuki और Subaru (जापान): 1970 के दशक तक दो-स्ट्रोक कारों का उत्पादन किया।

माइक्रोकारों में भी सिद्धांत वही था। Messerschmitt KR200 जैसे वाहनों में रिवर्स गियर जोड़ना महंगा पड़ता था; दो-स्ट्रोक इंजन को थोड़े समय के लिए उल्टी दिशा में चलाकर पीछे की गति प्राप्त की जा सकती थी। यह इंजीनियरिंग की सूझ-बूझ से कहीं अधिक गरीबी का तर्क था - लेकिन यह काम करता था।

Trabant और Wartburg: पूर्वी ब्लॉक की दो-स्ट्रोक रीढ़

Trabant दो-स्ट्रोक दर्शन की सबसे शुद्ध अभिव्यक्ति था। Trabant P50 का इंजन वास्तव में DKW F8 से आया था: 500 cc, पहले 17 hp फिर 18 hp। इसके बाद आया Trabant 601, जिसमें 594.5 cc (72×73 mm) का दो-सिलेंडर वाला दो-स्ट्रोक Otto इंजन था। उत्पादन के अनुसार संस्करण बदलते रहे: 1963-1970 के बीच के इंजन 23 hp, 1970-1990 के बीच के इंजन 4200 rpm पर 26 PS (19.1 kW) का उत्पादन करते थे। टॉर्क 53 Nm, अधिकतम गति लगभग 100 km/h, प्रति लीटर शक्ति 38.7 hp थी।

आंकड़े विनम्र थे, लेकिन असली चौंकाने वाली बात इंजन की बनावट में थी: कुल मिलाकर 5 चलायमान हिस्से थे और यह इतना हल्का था कि इसे हाथ से उठाया जा सकता था। पूर्वी जर्मनी की परिस्थितियों में इसका मतलब यह था कि मालिक अपने इंजन को सड़क पर ही ठीक कर सकते थे। इसकी कीमत भी थी: इंजन मिश्रण ईंधन (पेट्रोल-तेल मिश्रण) पर चलता था, क्रूज़िंग गति के आसपास चढ़ाई में 23 hp और 52 Nm की शक्ति और टॉर्क स्पष्ट रूप से अपर्याप्त रह जाती थी। यह प्रदर्शन की समस्या नहीं, बल्कि रेंज और सुख की समस्या थी।

भाई ब्रांड Wartburg अधिक महत्वाकांक्षी था: DKW विकास 910 cc के तीन-सिलेंडर वाले दो-स्ट्रोक इंजन से शुरू हुआ (शुरू में 28 bhp), 1962 के बाद विस्थापन बढ़ाकर 991 cc कर दिया गया। ये इंजन Trabant की विनम्र इकाई की तुलना में उच्च श्रेणी की ड्राइविंग प्रदान करते थे - लेकिन ये उसी बुनियादी सिद्धांत पर आधारित थे और उन्हें वही पर्यावरणीय हिसाब चुकाना पड़ता था।

Saab: दो-स्ट्रोक की सबसे सुरुचिपूर्ण ध्वनि

दो-स्ट्रोक कार की सबसे सफल व्याख्याओं में से एक स्वीडन में की गई। Saab की पहली कार Saab 92, दिसंबर 1949 में उत्पादन में आई और अत्यंत हवादार बॉडी के साथ ध्यान आकर्षित किया। कंपनी ने DKW डिज़ाइन पर आधारित 750 और 850 cc के तीन-सिलेंडर, रोटरी वाल्व वाले इंजन विकसित किए; 750 cc की मानक इकाई वर्ष और मॉडल के अनुसार 36-42 hp का उत्पादन करती थी। Monte Carlo रैली संस्करण का सुपरचार्ज्ड क्रैंकशाफ्ट वाला इंजन 65 hp तक पहुंचता था - एक छोटे विस्थापन वाले दो-स्ट्रोक के लिए प्रभावशाली मूल्य।

Saab 93 (दिसंबर 1955) के साथ इनलाइन तीन-सिलेंडर इंजन आया और यह इकाई वह इंजन बनी जिसने Saab का नाम दुनिया में कर दिया। Saab 96 (1960-1980) शुरू में 841 cc का तीन-सिलेंडर वाला दो-स्ट्रोक लेकर आया: शुरू में 38 hp, 1966 तक 46 hp। लेकिन तस्वीर धीरे-धीरे संकुचित होती जा रही थी। Saab ने 1960 के दशक के मध्य में दो-स्ट्रोक को चरणबद्ध रूप से छोड़ दिया और 1967 मॉडल वर्ष से Ford Taunus V4 पर स्विच किया। 1967 मॉडल Saab 96 इतिहास में "अंतिम उच्च स्तरीय दो-स्ट्रोक कार" के रूप में दर्ज हुई। चार-स्ट्रोक की शोरहीन, धुआँरहित और बिना झंझट वाली प्रकृति ने स्वीडिश ग्राहक को भी जीत लिया था।

दो-स्ट्रोक कारें क्यों गायब हुईं? उत्सर्जन और ईंधन गणित

इनके गायब होने का कारण एक ही संख्या में समझाया जा सकता है: 32:1. एक आम क्रैंककेस-संपीड़ित दो-स्ट्रोक इंजन "total-loss" नामक पेट्रोल-तेल लुब्रिकेशन सिस्टम का उपयोग करता है; ईंधन-तेल अनुपात लगभग 32:1 होता है। इस तेल का एक हिस्सा जल जाता है, और एक हिस्सा निकास की बूंदों के रूप में वायुमंडल में छोड़ दिया जाता है। समान शक्ति वाले चार-स्ट्रोक इंजन की तुलना में, विशेष रूप से हाइड्रोकार्बन उत्सर्जन काफी अधिक होता है। इसके ऊपर एक और यांत्रिक समस्या जुड़ती है: वाल्व-रहित संरचना में वह अवधि जब अंतर्ग्रहण और निकास पोर्ट एक साथ खुले रहते हैं, तब ताज़े ईंधन वाष्प का एक हिस्सा निकास में निकल जाता है। छोटे वायु-शीतित इंजनों में उच्च दहन तापमान अतिरिक्त रूप से NOx भी उत्पन्न करता है।

ईंधन की खपत भी इसी मूल से उत्पन्न होती है। संपीड़ित ईंधन-वायु मिश्रण पिस्टन पर शीतलन का प्रभाव डालते हुए उसका एक हिस्सा सीधे निकास पाइप में चला जाता है; यानी ईंधन का एक हिस्सा बिना काम किए जल जाता है या बिना जले बाहर निकल जाता है। यद्यपि यह सैद्धांतिक रूप से उच्च ऊष्मगतिक दक्षता वाला चक्र है, व्यवहार में स्कैवेंजिंग हानियाँ इस लाभ को निगल जाती हैं और दो-स्ट्रोक इंजन वास्तविक दुनिया में चार-स्ट्रोक से अधिक ईंधन की खपत करते हैं। जिस छोटी अवधि में अंतर्ग्रहण और निकास पोर्ट एक साथ खुले रहते हैं, उस दौरान ताज़े मिश्रण का निकास में रिसाव ही दो-स्ट्रोक के भाग्य को तय करने वाली मौलिक भौतिक सीमा है।

सरलता का विरोधाभास

दो-स्ट्रोक के अस्तित्व का मूल कारण उसकी सरलता थी; लेकिन आधुनिक आवश्यकताओं ने इस लाभ को उलट दिया। उत्सर्जन और दक्षता सुधारने का प्रयास करने वाले दो-स्ट्रोक डिज़ाइन चार-स्ट्रोक जितने ही महंगे, भारी और जटिल हो गए - यानी वे अपने अस्तित्व का कारण ही खो रहे थे। प्रत्यक्ष इंजेक्शन कार्बोरेटर वाले दो-स्ट्रोक में ईंधन के रिसाव को बड़ी सीमा तक समाप्त कर सकता था; लेकिन यह समाधान अब सस्ते इंजन की दर्शन के साथ असंगत लागत और जटिलता का पर्याय था। पश्चिम में लगातार कड़े होते वायु प्रदूषण नियमों ने 1980 के दशक में दो-स्ट्रोक कार उत्पादन को समाप्त कर दिया; पूर्वी ब्लॉक ने Trabant और Wartburg के साथ लगभग 1991 तक टिके रहने की कोशिश की।

मोटरसाइकिलें देर से क्यों छोड़ी गईं?

यही गणित दो पहियों पर भी लागू होता था, लेकिन समय-सीमा थोड़ी अलग तरह से काम करती थी। Honda, सड़क मोटरसाइकिलों से बहुत पहले ही मुक्त हो चुकी थी; जबकि अमेरिका में दो-स्ट्रोक ऑफ-रोड मोटरसाइकिलों की बिक्री 2007 में बंद की। आज अमेरिका में बिकने वाली सभी नई आंतरिक दहन कारें चार-स्ट्रोक हैं - दो-स्ट्रोक आधिकारिक रूप से ऑटोमोटिव इतिहास के कचरे में अपनी जगह बना चुका है।

आज दो-स्ट्रोक इंजन कहाँ जीवित हैं?

कारों से हटाया गया दो-स्ट्रोक पूरी तरह खत्म नहीं हुआ; बस मात्रा और कानूनी सहनशीलता छोटी हो गई। शक्ति/वजन लाभ और हर दिशा में काम करने की क्षमता आज भी कुछ विशेष अनुप्रयोगों में निर्णायक है। आजकल दो-स्ट्रोक इंजन निम्नलिखित क्षेत्रों में जीवित हैं:

• छोटे रास्तों वाली और बिना लाइसेंस वाली मोटरसाइकिलें, मोपेड, स्कूटर और मोटराइज्ड साइकिलें
• समुद्री इंजन, स्नोमोबाइल और गो-कार्ट
• हाथ के औजार: आरी, पत्ती उड़ाने वाला ब्लोअर, घास किनारे काटने वाला ट्रिमर
• टुक-टुक, RC कारें, अल्ट्रालाइट और मॉडल हवाई जहाज
• बड़े दो-स्ट्रोक डीजल इंजन: औद्योगिक, समुद्री, लोकोमोटिव और जनरेटर अनुप्रयोग जहाँ वजन महत्वहीन है

फिर भी रुझान स्पष्ट है: विकसित देशों में प्रदूषण नियम, दो-स्ट्रोक के उपयोग क्षेत्रों को कदम-दर-कदम सीमित कर रहे हैं। जहाँ नियम ढीले हैं, वहाँ छोटे विस्थापन वाले दो-स्ट्रोक इंजन मोटरसाइकिलों और मोपेडों में अपनी लोकप्रियता बनाए हुए हैं।

निष्कर्ष: एक इंजीनियरिंग समीकरण का ऐतिहासिक पाठ

दो-स्ट्रोक इंजन का ऑटोमोबाइल से गायब होना इसलिए नहीं हुआ कि वह तकनीक खराब थी, बल्कि इसलिए हुआ कि उसे प्राप्त तुलना का आधार बदल गया। युद्ध के बाद के वर्षों का समीकरण भागों की संख्या, लागत और शक्ति/वजन पर केंद्रित था; दो-स्ट्रोक इन तीनों में जीतता था और DKW, Saab, Trabant और Wartburg के साथ लाखों ऑटोमोबाइलों को चलाता था। 1980 के दशक का समीकरण उत्सर्जन, ईंधन खपत और परिष्कृत इंजीनियरिंग पर केंद्रित था - और स्कैवेंजिंग हानि तथा टोटल-लॉस लुब्रिकेशन द्वारा बनाई गई भौतिक सीमा ने दो-स्ट्रोक को इस गणित में हार के लिए अभिशप्त कर दिया। ऑटोमोबाइल इतिहास में शायद ही कभी किसी तकनीक ने अपनी ताकत कितनी मजबूत थी, यह समझने का इतना स्पष्ट पाठ दिया हो: कब यह शक्तिशाली थी, उतना ही यह कि कब यह अप्रचलित हो गई, यह भी डिज़ाइन निर्णय का हिस्सा है।

स्रोत

• Two-stroke engine - Wikipedia
• The Two-Stroke Engine Was An Engineering Marvel. Now It's In The Dustbin Of Automotive History - The Autopian
• DKW in racing - Audi
• Car of the Day: 1965 DKW Special - Supercars.net
• Trabant 601 - Wikipedia
• Trabant P 601 0.6 (23 Hp) - auto-data.net
• The History of the Trabant - Gizmo Highway
• Trabant - Wartburg - Historic Vehicles
• Saab two-stroke - Wikipedia
• Curbside Classic: 1967 Saab 96 – The Last Two-Stroke
• Saab Two-stroke Triple - Hemmings
• DKW: The founding father of two-stroke tech - Peter James Insurance
• The Rise and Fall of Two-Stroke Car Engines - CarBuzz
• What makes two-stroke engines less fuel-efficient - Mechanics StackExchange