पोर्ट इंजेक्शन या डायरेक्ट? इंजन फ्यूल फीडिंग का निर्णय क्यों महत्वपूर्ण है

पोर्ट इंजेक्शन ईंधन को इंटेक मैनिफोल्ड में डालता है, जबकि डायरेक्ट इंजेक्शन ईंधन को सीधे दहन कक्ष के अंदर स्प्रे करता है; पोर्ट इंजेक्शन अधिक सहज थ्रॉटल प्रतिक्रिया और कम पार्टिकल उत्सर्जन प्रदान करता है, डायरेक्ट इंजेक्शन अधिक दक्षता और कम CO2 सुनिश्चित करता है। इसीलिए शक्ति, दक्षता और उत्सर्जन का संतुलन एक साथ पाना चाहने वाले निर्माता दोनों सिस्टमों का उपयोग एक ही इंजन में साथ करते हैं।

पोर्ट इंजेक्शन क्या है, यह डायरेक्ट इंजेक्शन से कैसे अलग है?

तरल अवस्था में पेट्रोल अपने आप नहीं जलता। दहन के लिए पहले इसे महीन बूँदों में बँटना - यानी एटोमाइज़ेशन - और फिर वाष्पित होना आवश्यक है। दोनों इंजेक्शन प्रकारों के बीच के सभी अंतर इसी सरल भौतिक आवश्यकता से उत्पन्न होते हैं: ईंधन कहाँ और कितने दबाव से स्प्रे किया जाता है, यही इंजन के स्वभाव को निर्धारित करता है।

पोर्ट इंजेक्शन (PI, या प्रत्येक सिलेंडर को अलग इंजेक्टर दिए जाने के कारण multi-point/MPFI) में इंजेक्टर इंटेक मैनिफोल्ड पर लगाया जाता है और ईंधन को इंटेक वाल्व से ठीक पहले, वाल्व के पीछे स्प्रे करता है। ईंधन सिलेंडर में जाने से पहले इंटेक रनर में लंबा रास्ता तय करता है और वाष्पित होने के लिए पर्याप्त समय पाता है। इंजेक्टर को वाल्व और स्पार्क प्लग से दूर, वाल्व के ऊपर की स्थिति में रखना भी यांत्रिक रूप से आसान है; सिस्टम कम दबाव पर काम करता है, इसलिए यह सस्ता और मजबूत दोनों है।

डायरेक्ट इंजेक्शन (GDI/DI) में इंजेक्टर सिलेंडर हेड में एक अलग एक्सेस बिंदु के साथ सीधे दहन कक्ष में खुलता है। दबाव चरण-दर-चरण बढ़ता है: पोर्ट सिस्टम के दबाव से 50-100 गुना। यह पैमाना दिखाता है कि अंतर कितना नाटकीय है - 1000 psi तक दबावित ईंधन, 0.006-0.011 इंच व्यास के छिद्रों से स्प्रे होने पर बूँद का व्यास केवल 0.000003 इंच होता है और 135 mph गति वाला कोहरा उत्पन्न करता है। यह तेज़ अवस्था परिवर्तन सिलेंडर के अंदर होता है, इसलिए इसका प्रभाव भी वहीं महसूस होता है।

पोर्ट इंजेक्शन: अभी भी एक प्रासंगिक तकनीक क्यों है?

पोर्ट इंजेक्शन का सबसे अधिक नज़रअंदाज़ किया गया लाभ है ईंधन द्वारा वाष्पित होते समय अवशोषित ऊष्मा का उपयोग करने का तरीका। PI सिस्टम में यह शीतलन प्रभाव इंटेक मैनिफोल्ड में होता है; आने वाली हवा को ठंडा करने वाला ईंधन हवा के घनत्व को बढ़ाता है और नैचुरल एस्पिरेटेड इंजन में शक्ति क्षमता को ऊपर खींचता है। यानी पोर्ट इंजेक्शन, एटमॉस्फेरिक इंजनों को अपने भीतर एक छोटा चार्ज लाभ प्रदान करता है।

दूसरा फायदा उत्सर्जन के मोर्चे पर है। ईंधन, वाल्व के पीछे की सतहों से छूकर और लंबे समय में वाष्पित होकर एक समरूप मिश्रण तैयार करता है; इससे दहन से बच निकलने वाले ईंधन की मात्रा कम होती है और कण पदार्थ (PM) का उत्सर्जन घटता है। गैस प्रतिक्रिया भी इन्हीं कारणों से कोमल होती है: मिश्रण हर स्थिति में तैयार रहता है, सिस्टम सरल और पूर्वानुमेय होता है। कई ड्राइवरों का "पुराने इंजन अधिक किरदार वाले थे" वाला अनुभव तकनीकी रूप से, आंशिक रूप से इसी पूर्वानुमेयता का परिणाम है।

इनकी कमियाँ भी स्पष्ट हैं। मिश्रण को डायरेक्ट इंजेक्शन जितना महीन एटमाइज़ नहीं किया जा सकता; स्प्रे किए गए ईंधन का कुछ हिस्सा इनटेक पोर्ट की दीवारों से चिपककर लक्षित वायु-ईंधन अनुपात को बिगाड़ देता है। सिलेंडर में प्रवेश करने वाला पूरा मिश्रण आदर्श परिस्थितियों में नहीं जलता, इसलिए PI इंजन थर्मल दक्षता में DI से पीछे रहता है।

डायरेक्ट इंजेक्शन क्या देता है और क्या छिन लेता है?

जो फायदे देता है: कंप्रेशन, दक्षता और CO2

डायरेक्ट इंजेक्शन की असली ताकत यह है कि यह वाष्पीकरण शीतलन को दहन कक्ष के अंदर ले जाता है। कंप्रेशन स्ट्रोक के दौरान होने वाला यह फेज परिवर्तन, मिश्रण के समय से पहले और अनियंत्रित जलने - यानी डिटोनेशन की संभावना को कम करता है। दहन कक्ष की सतह के तापमान कम होने के कारण इंजीनियर एटमॉस्फेरिक और टर्बो चार्ज्ड दोनों इंजनों में अधिक कंप्रेशन रेशियो तक जा सकते हैं; उच्च कंप्रेशन रेशियो सीधे दक्षता का मतलब है। ईंधन का अधिक कुशलता से जलना, उसी काम के लिए कम ईंधन और कम CO2 उत्सर्जन का अर्थ है। यही वह आधारभूत तकनीकी कदम है जिसने अधिकांश आधुनिक पेट्रोल इंजनों के कंप्रेशन रेशियो की 2000 के दशक के शुरुआत के इंजनों से तुलना को संभव बनाया है।

जो नुकसान पहुँचाता है: लागत, शोर और कण

इसी तकनीक का बिल भी होता है। 50-100 गुना अधिक दबाव, महँगे इंजेक्टर और हाई-प्रेशर पंप का मतलब है; पंप का लगातार उच्च दबाव बनाना अतिरिक्त शोर भी पैदा करता है और इसीलिए अधिकांश DI इंजन दो ईंधन पंपों के साथ काम करते हैं। डायरेक्ट इंजेक्टर संरचनात्मक रूप से शोरगुल भरे होते हैं और इंजन में एक विशिष्ट टिक-टिक की आवाज़ जोड़ते हैं।

उत्सर्जन का संतुलन भी दो तरफ़ा है। DI, CO2 घटाते समय अधिक कण पदार्थ पैदा करता है: इंजेक्शन के लिए वाष्पित होने का समय कम रह जाने से ईंधन का कुछ हिस्सा दहन कक्ष और कैटेलिटिक कन्वर्टर से कालिख के कणों के रूप में निकल जाता है। ये कण डीजल इंजनों के निकलने वालों के समान होते हैं, बस छोटे होते हैं। इसके अलावा इनटेक वाल्व के पीछे जमा होने वाला कार्बन कुछ DI उपयोगकर्ताओं के लिए एक वास्तविक सर्विस समस्या है - क्योंकि ईंधन अब वाल्व साफ़ नहीं करता, जमा हुआ अवसाद बढ़ता जाता है। एक आम न होने वाले लेकिन गंभीर उदाहरण से: कुछ ड्राइवर हज़ारों किलोमीटर बाद इनटेक वाल्व को वॉलनट ब्लास्टिंग (walnut blasting) से साफ़ करवाने के लिए मजबूर हो जाते हैं। कार्बन जमाव का विषय एक अलग लेख का विषय है; यहाँ असली सवाल यह है कि इन दो सिस्टमों के संतुलन को निर्माताओं द्वारा कैसे प्रबंधित किया जाता है।

तुलना तालिका: PI और DI साथ-साथ

तालिका को देखकर लगता है कि चुनाव आसान है: दक्षता चाहने वाले के लिए DI, सरलता चाहने वाले के लिए PI। लेकिन प्रदर्शन का अंतर उतना बड़ा नहीं है जितना आप सोचते हैं; मंच-स्तरीय तकनीकी चर्चाओं में भी यह बताया जाता है कि दोनों सिस्टम के बीच सीधा शक्ति अंतर कुछ प्रतिशत के स्तर पर ही रहता है और DI का असली योगदान अधिक संपीड़न अनुपात की अनुमति देना है। यानी असली कहानी एक तकनीक का दूसरे को हराना नहीं, बल्कि दोनों का एक ही इंजन में काम की बंटवारा करना है।

निर्माता दोनों इंजेक्शन को साथ क्यों इस्तेमाल करते हैं?

डुअल इंजेक्शन में एक ही इंजन में पोर्ट और डायरेक्ट दोनों इंजेक्टर होते हैं। ECU, आरपीएम और लोड के अनुसार किसी एक, दोनों या प्रोग्राम किए गए मिश्रण को सक्रिय करता है। तर्क सरल है: DI की ईंधन अर्थव्यवस्था और नॉक लाभ को PI के कम उत्सर्जन और वाल्व सफाई के लाभ के साथ जोड़ना। इंजन की संचालन सीमा के हर बिंदु पर सबसे उपयुक्त ईंधन आपूर्ति विधि चुनी जाती है।

Toyota इसका सबसे जाना-माना कार्यान्वयनकर्ता है। D-4S नाम की प्रणाली इसने दशक से अधिक समय पहले एक V-6 में पेश की; आज 2,0 लीटर इनलाइन फोर (Subaru निर्मित), 3,5 लीटर V-6 और 5,0 लीटर V-8 में इसका उपयोग करता है। सामान्य ड्राइविंग से मेल खाने वाले कम-मध्यम लोड और आरपीएम पर दोनों इंजेक्टर को एक साथ सक्रिय करता है - इससे नैसर्गिक रूप से प्रवेश करने वाली हवा का घनत्व बढ़ता है और साथ ही पोर्ट स्प्रे वाल्व को धोता रहता है, यानी कार्बन जमा को वास्तव में साफ करता है। जिन उच्च लोड और आरपीएम पर नॉक का जोखिम अधिक होता है, वहां DI ईंधन आपूर्ति का पूरा काम संभाल लेता है।

Ford का दृष्टिकोण अलग है: उच्च दबाव वाले DI के साथ कम दबाव वाला PI होता है और पोर्ट इंजेक्शन कभी भी पूरी तरह निष्क्रिय नहीं होता। इसका अनुप्रयोग क्षेत्र व्यापक है - 2,7 से 5,0 लीटर के बीच टर्बो और नैसर्गिक V-6/V-8, 3,3 V-6 वाले F-150, 2017 F-150 Raptor और GT का 3,5 लीटर EcoBoost V-6 तथा 2018 Mustang GT का 5,0 V-8। आइडल और कम आरपीएम पर केवल PI चुपचाप और कुशलता से काम करता है; आरपीएम और लोड बढ़ने पर दोनों सिस्टम मिश्रित आपूर्ति करते हैं, PI हमेशा ईंधन का कम से कम %5-10 पूरा करता है। Ford ने नए 3,5 लीटर V-6 में डुअल इंजेक्शन को अधिक बूस्ट दबाव के साथ जोड़कर पीक टॉर्क 30 lb-ft बढ़ा दिया। Audi भी वही विचार 3,0 लीटर V-6 और 5,2 लीटर V-10 में लागू करता है।

जैसे-जैसे इलेक्ट्रिक मोटरों को बढ़ती प्रोपल्शन भूमिकाएं दी जाती हैं, हमारा काम हर अवसर पर इंजन दक्षता को सुधारना है। Ford की डुअल ईंधन तकनीक ने इस प्रयास में एक मूल्यवान और लागत-प्रभावी रणनीति होना साबित किया है।

वैज्ञानिक साहित्य भी इस दृष्टिकोण का समर्थन करता है: दोहरे इंजेक्शन के लाभों के रूप में अधिक नियंत्रण लचीलापन, बढ़ी हुई शीतलन क्षमता, नॉकिंग में कमी, इंजन डाउनसाइज़िंग के लिए अनुकूलता और विस्तारित लीन-बर्न (फीसदी मिश्रण) संचालन जैसे फायदे गिनाए जाते हैं। व्यावहारिक रूप से लाभ विनम्र है पर वास्तविक है: विशेष रूप से आइडलिंग और धीमी गति वाली शहरी ड्राइविंग में ईंधन की बचत में सुधार होता है, और मध्यम त्वरण के दौरान दो इंजेक्टर मिलकर एटोमाइज़ेशन, वाल्व की सफाई और थ्रॉटल प्रतिक्रिया को संतुलित करते हैं।

एक बारीकी पर ध्यान देना ज़रूरी है: हर दोहरा इंजेक्शन कार्बन जमा होने की समस्या हल नहीं करता। कुछ परफॉर्मेंस इंजनों में पोर्ट इंजेक्टर केवल उच्च आरपीएम और बूस्ट पर अतिरिक्त ईंधन के लिए सक्रिय होते हैं; सामान्य ड्राइविंग के अधिकांश समय में वाल्व फिर भी केवल डायरेक्ट इंजेक्शन के संपर्क में रहते हैं और जमाव हो सकता है। यह तय करने वाली बात यह है कि पोर्ट इंजेक्टर किस संचालन क्षेत्र में सक्रिय रहता है।

एटकिंसन चक्र और हाइब्रिड्स से इसका संबंध

एटकिंसन चक्र एक ऐसी संचालन रणनीति है जो पावर घनत्व से जानबूझकर समझौता करके दक्षता की तलाश करती है; पारंपरिक ओटो चक्र की तुलना में यह कम पावर उत्पन्न करता है लेकिन ईंधन की बचत में सुधार करता है। इसीलिए इसका स्वाभाविक घर हाइब्रिड वाहन हैं: इलेक्ट्रिक मोटर पावर की कमी पूरी करती है और इंजन सबसे अधिक दक्ष बिंदु पर काम करता है। Toyota Prius और Ford C-Max, Fusion Hybrid जैसे वाहन आधुनिक एटकिंसन चक्र के जाने-माने उदाहरण हैं; उत्पादन में इस तकनीक के प्रसार का नेतृत्व करने वाला ब्रांड Toyota है।

इंजेक्शन पक्ष से इसका संबंध यहाँ है: एटकिंसन चक्र वाले इंजनों में भी दो ईंधन आपूर्ति विधियाँ - डायरेक्ट और पोर्ट इंजेक्शन - साथ-साथ हो सकती हैं; आवश्यकता के अनुसार एक या दोनों का उपयोग किया जाता है। दक्षता-केंद्रित चक्र में हर प्रतिशत अंक मूल्यवान होता है, इसलिए दोहरे इंजेक्शन का छोटा लेकिन वास्तविक आर्थिक योगदान इन प्लेटफॉर्म पर विशेष रूप से महत्वपूर्ण है।

खरीदार के लिए इसका क्या मतलब है?

यह प्रणाली तकनीकी जिज्ञासा से परे खरीद और उपयोग के निर्णय को भी प्रभावित करती है। आजकल केवल पोर्ट इंजेक्शन वाला इंजन ढूंढना लगातार कठिन होता जा रहा है; अधिकांश नए पेट्रोल इंजन या तो शुद्ध GDI होते हैं, या दोहरे इंजेक्शन वाले। यदि आप शुद्ध DI वाला वाहन खरीद रहे हैं, तो लंबे समय में इंटेक वाल्व पर कार्बन जमा को एक रखरखाव मद के रूप में ध्यान में रखें; उच्च आरपीएम पर भी पोर्ट इंजेक्शन सक्रिय रहने वाला दोहरा इंजेक्शन इंजन इस जोखिम को काफी कम कर देता है। यदि आपकी ड्राइविंग शैली को भारी भार और उच्च आरपीएम की आवश्यकता है, तो DI की नॉक प्रतिरोधकता और बूस्ट सहनशक्ति; और यदि आपका उपयोग शहरी, आइडलिंग-प्रधान है, तो PI का उत्सर्जन और सुचारुता लाभ प्रमुख हो जाता है। निर्णय किसी एक विजेता को चुनने का नहीं है; बल्कि यह जानने का है कि इंजन के किस परिचालन क्षेत्र में कौन सी प्रणाली सक्रिय रहती है।

स्रोत

• समझाया गया: कुछ इंजनों में पोर्ट और डायरेक्ट इंजेक्शन दोनों क्यों होते हैं
• दोहरा इंजेक्शन: इंजनों के उपयोग के लिए एक प्रभावी और कुशल तकनीक
• डायरेक्ट बनाम पोर्ट फ्यूल इंजेक्शन समझाया गया
• डायरेक्ट इंजेक्शन इंजन कैसे काम करते हैं
• एटकिंसन चक्र
• एटकिंसन-चक्र इंजन ईंधन बचाने के लिए इस प्रकार काम करते हैं
• पोर्ट इंजेक्शन बनाम डायरेक्ट इंजेक्शन: क्या अंतर है?