हवा से ठंडा होने वाला इंजन खत्म क्यों हुआ? तरल ठंडक की जीत
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वायु-शीतित ऑटोमोबाइल इंजन एक ऐसी आर्किटेक्चर है जो सिलेंडरों पर लगी धातु के शीतलन फिनों पर सीधे हवा फूंककर ऊष्मा को बाहर फेंकता है, इसमें रेडिएटर और पंप नहीं होते, और आज यह सीरियल उत्पादन वाली कारों में लगभग पूरी तरह समाप्त हो चुका है। इसकी मृत्यु का कारण सरलता की कमी नहीं, बल्कि इसके विपरीत, सरलता की कीमत थी: ठंडे स्टार्ट पर लंबे समय तक ठंडा रहने वाला ब्लॉक, अनियंत्रित उत्सर्जन, नियंत्रण से बाहर हॉट स्पॉट और पूरे न कर पाने वाले शोर मानक।
मुख्य बातें
- पहला सफल वायु-शीतित ऑटोमोबाइल इंजन 1800 के दशक के अंत में Karl Benz के हाथों से निकला।
- Volkswagen flat-4 इंजन, Beetle के साथ 1938 से 2013 तक उत्पादन में रहा; इतिहास का सबसे अधिक उत्पादित वायु-शीतित इंजन।
- Porsche 911, 1964 से 1998 तक 35 वर्षों तक वायु-शीतन के साथ उत्पादित हुआ; अंतिम उदाहरण 30 मार्च 1998 को डिलीवर किया गया।
- वायु-शीतित इंजन में ऊष्मा का केवल लगभग 12% हिस्सा फिनों से बाहर निकलता है।
- Tatra, Euro 5 अनुरूप वायु-शीतित V8 ट्रक इंजन बनाने वाली संभवतः अंतिम कंपनी है; T815 अभी भी उत्पादन में है।
वायु शीतलन कैसे काम करता है और यह इतना सरल क्यों था?
वायु-शीतित इंजन में जिसे हम शीतलन प्रणाली कहते हैं, वह वास्तव में सिलेंडर की सतह पर लगे फिनों और एक पंखे से मिलकर बना है। द्रव-शीतित समकक्ष को जिस रेडिएटर, विस्तार टैंक, होज़ और जल पंप की आवश्यकता होती है, वे यहाँ नहीं होते। ऊष्मा, फिनों की विस्तारित सतह से सीधे हवा में स्थानांतरित हो जाती है। इंजीनियरिंग के दृष्टिकोण से इसका अर्थ है: कम पुर्जे, कम वजन, कम रखरखाव: शीतलक द्रव रिसता नहीं, पंप खराब नहीं होता, और जमने का जोखिम नहीं रहता।
लेकिन ऊर्जा संतुलन को देखने पर चित्र स्पष्ट हो जाता है। ईंधन में निहित ऊर्जा का लगभग 44% हिस्सा पहले से ही एग्जॉस्ट से बाहर फेंक दिया जाता है, 8% तेल में चला जाता है। वायु-शीतित इंजन में शेष ऊष्मा का केवल लगभग 12% हिस्सा ही धातु के फिनों से बाहर प्रवाहित हो सकता है। यानी प्रणाली की ऊष्मा बाहर फेंकने की क्षमता संरचनात्मक रूप से सीमित है और इंजन को द्रव-शीतित डिज़ाइन की तुलना में बहुत अधिक व्यापक तापमान सीमा में काम करना पड़ता है। यह व्यापक सीमा इसका मतलब है कि टॉलरेंस ढीले हो जाते हैं, नॉकिंग (नॉक से पहले की दहन) सीमा घट जाती है और विशेष रूप से गर्म जलवायु में तापीय प्रबंधन कठिन हो जाता है।
इसका एक फायदा भी है और वह गंभीर है: रखरखाव में आसानी। तंग इंजन बे में शीतलन प्रणाली को छूना, पुर्जे बदलना वायु डिज़ाइन में आमतौर पर सस्ता और सरल होता है। उड्डयन उद्योग ने इसीलिए इसे कभी नहीं छोड़ा; सामान्य उड्डयन विमानों में Lycoming और Continental इंजन आज भी इसी आर्किटेक्चर का उपयोग करते हैं।
Benz से Franklin तक: वायु इंजन का पहला शताब्दी
वायु शीतलन का इतिहास लगभग ऑटोमोबाइल के इतिहास जितना ही पुराना है। पहला सफल वायु-शीतित इंजन, जर्मन इंजीनियर Karl Benz द्वारा 1800 के दशक के अंत में विकसित किया गया और यह विचार 1920-1930 के दशक में परिपक्व हुआ। अमेरिका की ओर कहानी Franklin के साथ लिखी जाती है। John Wilkinson के 1901 में रेडिएटर और जल पंप के बिना प्रायोगिक वाहन से शुरू हुआ प्रोजेक्ट 1902 में Syracuse, New York में उत्पादन में आया और Franklin, अमेरिका की सबसे सफल वायु-शीतित ऑटोमोबाइल निर्माता बनी।
Franklin ने केवल उत्पादन नहीं किया; साबित भी किया। 1904 में एक Franklin ने सैन फ्रांसिस्को–न्यूयॉर्क मार्ग को 32 दिन 23 घंटे 20 मिनट में पार किया; पिछला रिकॉर्ड 61 दिन था। 1905 में कंपनी ने पहली छह-सिलेंडर वाली कारों में से एक पेश की और उसी मार्ग को 15 दिनों में पूरा किया। ब्रांड स्वचालित स्पार्क प्लग समायोजन (1907), एल्युमिनियम पिस्टन और दबाव युक्त लुब्रिकेशन जैसे नवाचारों की भी अग्रणी थी। यह भी उल्लेखनीय है: ये प्रारंभिक दौर के रिकॉर्ड विवरण प्राथमिक अभिलेखागारों से नहीं बल्कि संग्रहालय और स्मृति स्रोतों से आए हैं, इसलिए इनकी ऐतिहासिक सटीकता सीमित है।
हर प्रयास सफल नहीं हुआ। Chevrolet ने 1921-1923 के बीच Series M Copper-Cooled के साथ एयर कूलिंग को सामूहिक उत्पादन में ले जाने की कोशिश की लेकिन इंजीनियरिंग समस्याओं के आगे झुक गया; बहुत कम मात्रा में ही उत्पादन हो सका और परियोजना को असफल माना गया।
उड्डयन और Beetle: एयर कूलिंग का स्वर्ण युग
आकाश में जीत, आकाश में पहली परछाईं
एयर कूलिंग को जिस क्षेत्र में वास्तविक प्रतिष्ठा मिली वह उड्डयन था। 1921 में अमेरिकी नौसेना ने सरलता के कारण Pratt & Whitney और Wright Aeronautical में एयर-कूल्ड इंजन के विकास को समर्थन दिया। 1929 में पेश किया गया NACA cowl (सिलेंडरों को घेरने वाला वायुगतिकीय हुड) ने इंजनों की वायु प्रवाह को नियंत्रित करने की समस्या को बड़े पैमाने पर हल कर दिया। लेकिन उसी दशक में दूसरा पक्ष भी आगे बढ़ रहा था: दबाव युक्त जल और 1929 से एथिलीन ग्लाइकॉल - रेडिएटर के आकार को 50% तक छोटा करने वाला एक समाधान - Rolls-Royce Merlin और Daimler-Benz DB601 जैसे उच्च-प्रदर्शन वाले तरल-कूल्ड दिग्गजों का मार्ग प्रशस्त किया।
जनता की कार का दिल
ऑटोमोबाइल की दुनिया में एयर कूलिंग की सबसे बड़ी सफलता युद्ध के बाद के कॉम्पैक्ट इकोनॉमी युग में आई। Ferdinand Porsche द्वारा "जनता की कार" के लिए डिज़ाइन किया गया flat-4 इंजन, 1938 से VW Beetle का, फिर Type 2 का, Karmann Ghia का और Type 3 का दिल बना; 2013 तक विभिन्न क्षमताओं में इसका उत्पादन होता रहा। युद्ध के बाद यूरोप में Tatra, Fiat और Citroën ने वही रास्ता अपनाया। Citroën 2CV (1948-1990) ने पंखे को सीधे क्रैंकशाफ्ट से जोड़कर प्रणाली को और अधिक सरल बना दिया। Trabant (1957-1991), ZAZ Zaporozhets (1958-1994), Fiat 126 (1972-1987) और Citroën GS/GSA इस पीढ़ी के अन्य उदाहरण हैं।
Chevrolet Corvair: अमेरिका का एयर-कूल्ड प्रयोग
युद्ध के बाद के बड़े अमेरिकी निर्माताओं में सामूहिक उत्पादन में एयर-कूल्ड इंजन आज़माने वाली एकमात्र ब्रांड Chevrolet थी। 1960-1969 के बीच निर्मित Corvair का flat-6 इंजन इंजीनियरिंग की दृष्टि से सफल माना जाता है; यहां तक कि यह Chevrolet के सबसे महंगे विकास लागत वाले इंजनों में से एक था। लेकिन वाहन के पिछले हिस्से में रखा गया इंजन उपभोक्ता सुरक्षा अभियानों और रियर-इंजन लेआउट की आलोचनाओं का निशाना बन गया। परिणाम: Corvair के बाद General Motors के सभी इंजन तरल-कूल्ड हो गए। यह विदाई एयर कूलिंग के मुख्य मार्ग के बंद होने का सबसे प्रारंभिक संकेत था।
Porsche 911: एयर कूलिंग का 35 वर्षों का प्रतिरोध
एयर कूलिंग की सबसे वफादार टिकी हुई विरासत, निस्संदेह Porsche की थी। Hans Mezger और Paul Hensler द्वारा डिज़ाइन किया गया flat-6, 1964 में पहले Porsche 911 में लागू हुआ और 35 सालों तक बड़े फैन और सिलिंडर फिन के ज़रिए ठंडा किया गया। यह अवधि शायद किसी स्पोर्ट्स कार की मूल वास्तुकला में जीवित रहने वाली सबसे लंबी अवधि थी।
लेकिन 1990 के दशक में संतुलन बदल गया। उत्सर्जन और शोर नियम सख्त हो गए; रियर-इंजन लेआउट दो बड़े शोर स्रोतों को एक ही बिंदु पर जमा करता था, इसलिए कानून ने एयर कूलिंग को व्यावहारिक रूप से असंभव बना दिया। 1997 में Porsche ने 911 को वॉटर कूलिंग में बदल दिया; 993 पीढ़ी हवा से ठंडा होने वाली अंतिम 911 थी। अंतिम एयर-कूल्ड मॉडल 30 मार्च 1998 को डिलीवर किया गया।
इस बदलाव ने ब्रांड के वफ़ादार दर्शकों में एक बहस छेड़ दी जो आज भी जारी है। जानकार 993 तक के इंजनों को प्रतिष्ठित मानते हैं, यह तर्क देते हैं कि हवा वाला इंजन तेज़ी से गर्म होता था और अधिक यांत्रिक अनुभव देता था; 996 के बाद के कूल्ड युग को एक अलग काल मानते हैं। तकनीकी स्तर पर यह स्पष्ट था कि असली फायदा सरलता और कम पुर्ज़ों में था, और यह वास्तुकला आधुनिक उत्सर्जन और प्रदर्शन लक्ष्यों के साथ अब मेल नहीं खाती थी।
एयर-कूल्ड इंजन को मारने वाले तीन तकनीकी कारण
उत्सर्जन और कोल्ड स्टार्ट समस्या
सबसे निर्णायक कारण यही था। लिक्विड-कूल्ड इंजन में थर्मोस्टेट रेडिएटर को सर्किट से बाहर करके इंजन को जल्दी से ऑपरेटिंग तापमान तक पहुँचाता है। एयर-कूल्ड इंजन में ठंडा करने की प्रणाली हमेशा खुली रहती है; इंजन कोल्ड स्टार्ट पर लंबे समय तक ठंडा रहता है और आंशिक रूप से जले ईंधन से अधिक उत्सर्जन छोड़ता है। जबकि बचे हुए एक्ज़ॉस्ट उत्सर्जन का अधिकांश हिस्सा ठीक कोल्ड स्टार्ट के क्षण में बनता है। यही तंत्र Porsche के साथ-साथ कम सीमा तक VW के लिक्विड कूलिंग में जाने का मुख्य इंजीनियरिंग कारण है। उत्सर्जन मानकों की मांगे गई उच्च दहन तापमान को एयर कूलिंग प्रबंधित नहीं कर पा रहा था।
हॉट स्पॉट्स और नॉकिंग की सीमा
दूसरी समस्या स्थानीय है: एक्ज़ॉस्ट वाल्व और एक्ज़ॉस्ट पोर्ट क्षेत्र, फिन की सतह जिसे निकाल नहीं पाती, घनी ऊष्मा जमा करती है। लिक्विड कूलिंग इन हॉट स्पॉट्स पर कूलेंट को सीधे भेजकर कहीं अधिक कुशल डिज़ाइन प्रदान करती है। इसका स्वाभाविक परिणाम कंप्रेशन सीमा है: लिक्विड-कूल्ड डिज़ाइन ईंधन की गुणवत्ता के प्रति कम संवेदनशील और उच्च कंप्रेशन रेश्यो तथा टर्बोचार्जिंग के प्रति अधिक सहनशील होते हैं। टर्बो क्रांति ने एयर-कूल्ड इंजनों के लिए दरवाज़ा इसी भौतिक कारण से बंद किया।
शोर विधान
तीसरा कारण अदृश्य है: वॉटर जैकेट अपने आप में एक ध्वनि अवशोषक है। इसीलिए लिक्विड-कूल्ड इंजन स्वाभाविक रूप से अधिक शांत होता है और कई देशों के इंजन शोर को भी शामिल करने वाले मानकों को आसानी से पूरा करता है। फैन के शोर और फिन के धात्विक अनुनाद के साथ हवा वाले इंजन की इस दहलीज़ पर अब कोई संभावना नहीं थी।
| मॉडल | उत्पादन अवधि | कूलिंग वास्तुकला | इतिहास में स्थान |
|---|---|---|---|
| VW Beetle (flat-4) | 1938–2013 | हवा | सबसे अधिक उत्पादित एयर-कूल्ड इंजन |
| Porsche 911 (flat-6) | 1964–1998 | हवा | 35 साल एयर कूलिंग में रहा; 993 अंतिम पीढ़ी |
| Chevrolet Corvair (flat-6) | 1960–1969 | हवा | संयुक्त राज्य अमेरिका में सीरियल उत्पादन में एकमात्र बड़ा प्रयास |
| Citroën 2CV | 1948–1990 | हवा | क्रैंकशाफ्ट से जुड़े फैन के साथ सरलीकृत प्रणाली |
| Tatra T815 | आज भी उत्पादन में | हवा | Euro 5 अनुरूप एयर V8 (320 kW, 2100 N·m) |
क्या एयर कूलिंग वास्तव में मर गई?
कारों में हाँ; इंजीनियरिंग में नहीं। पिस्टन वाले विमान इंजनों में हल्कापन और सरलता प्रदर्शन और उत्सर्जन लक्ष्यों से अधिक प्राथमिकता रखते हैं, इसलिए Continental और Lycoming इंजन हवा से ठंडा होना जारी रखे हुए हैं; जबकि Rotax हवा से ठंडा होने वाले सिलेंडर को तरल से ठंडा होने वाले सिलेंडर हेड के साथ जोड़ने वाला एक हाइब्रिड समाधान प्रस्तुत करता है। सड़क पर आखिरी प्रतिरोध करने वाली Tatra अभी भी हवा से ठंडा होने वाला T815 ट्रक बना रही है। यानी यह आर्किटेक्चर मरा नहीं; सटीक ताप नियंत्रण, कम उत्सर्जन और शांत संचालन जैसी आवश्यकताओं ने इसे अनावश्यक बनाना शुरू कर दिया और यह राजमार्ग कारों से हट गया। हवा से ठंडा होना, सरलता के सबसे शुद्ध रूप के रूप में, केवल उन क्षेत्रों में बना हुआ है जहाँ ये आवश्यकताएँ ढीली बनी रहती हैं।
स्रोत
- एयर-कूल्ड इंजन - Wikipedia
- Porsche 911 ने वाटर-कूल्ड इंजन क्यों अपनाया - Porsche
- Old School Cool: एयर कूल्ड इंजन के बारे में सब कुछ - State of Speed
- एयर-कूल्ड: इसे सरल रखें - Audrain Auto Museum
- प्रारंभिक एयर-कूल्ड कारें: Franklin और Holmes Automobiles का इतिहास - Tampa Bay Automobile Museum
- एक युग का अंत: अंतिम एयर-कूल्ड ऑटोमोबाइल इंजन - Auto Universum
- Porsche ने अपनी अंतिम एयर-कूल्ड कार कब बनाई? (30 मार्च, 1998) - ऑटोमोटिव इतिहास
- एयर-कूल्ड इंजन कैसे काम करते हैं, और अब यह क्यों मायने नहीं रखता - CNET
- ज्यादातर कारों में एयर-कूल्ड इंजन अब क्यों नहीं मिलते - Capital One
- विरोधाभासी कॉम्पैक्ट: Chevrolet Corvair का जीवन और मृत्यु - Ate Up With Motor