इंजन आगे, पीछे या बीच में क्यों रखा जाता है? लेआउट आर्किटेक्चर का विकास

इंजन को कहाँ रखा जाएगा, यह निर्णय सिलेंडरों की संख्या जितनी ही सड़क पकड़, सुरक्षा और लागत को नया रूप देने वाला एक निर्णायक इंजीनियरिंग विकल्प है।
इंजन को कहाँ रखा जाएगा, यह निर्णय सिलेंडरों की संख्या जितनी ही सड़क पकड़, सुरक्षा और लागत को नया रूप देने वाला एक निर्णायक इंजीनियरिंग विकल्प है।

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इंजन को वाहन में कहाँ स्थित किया जाए, यह आंतरिक दहन वाली कार के इतिहास में सिलेंडर संख्या और इंजन आर्किटेक्चर जितना ही निर्णायक इंजीनियरिंग निर्णय है। आगे, पीछे और बीच में स्थिति तथा क्रैंकशाफ्ट की गति की दिशा के समानांतर (अनुदैर्घ्य) या लंबवत (अनुप्रस्थ) माउंटिंग; सड़क पकड़, वजन वितरण, सुरक्षा, उत्पादन लागत और बॉडी डिज़ाइन को सीधे पुनर्निर्मित करती है। यह पृष्ठ Mercedes की लंबी सामने वाली बोनट व्यवस्था से लेकर पिछले इंजन वाले Beetle और Tatra तक, मध्य-इंजन रेसिंग क्रांति से लेकर आधुनिक अनुप्रस्थ स्थिति के प्रसार तक की रेखा को मील के पत्थर वाले मॉडलों के माध्यम से देखता है।

मुख्य आकर्षण

  • 1931 DKW F1, पहली सफल अनुप्रस्थ इंजन वाली कारों में से एक के रूप में आधुनिक फ्रंट-व्हील ड्राइव व्यवस्था का अग्रदूत माना जाता है
  • 1959 Mini में गियरबॉक्स को इंजन क्रैंककेस में एकीकृत करने के साथ, पावरट्रेन ने वाहन की लंबाई का केवल 20% हिस्सा घेरा
  • 1964 Autobianchi Primula की Giacosa व्यवस्था आज भी अनुप्रस्थ फ्रंट-व्हील ड्राइव वाले वाहनों का मानक है
  • Tatra के पिछले इंजन वाले मॉडलों में वजन वितरण पिछले एक्सल तक 70/30 होने तक अत्यधिक था
  • 1998 से Volvo ने अपने सभी मॉडलों में, V8 सहित, अनुप्रस्थ इंजन पर स्विच किया

स्थिति आर्किटेक्चर एक इंजीनियरिंग निर्णय क्यों है?

किसी इंजन को वाहन में स्थित करते समय तीन बुनियादी सवालों के जवाब दिए जाते हैं: क्या इंजन आगे, बीच में या पीछे स्थित होगा, और क्या क्रैंकशाफ्ट वाहन की लंबे अक्ष के समानांतर या गति की दिशा के लंबवत संरेखित होगा? प्रत्येक उत्तर-समूह एक अलग परिणाम उत्पन्न करता है। सामने का इंजन व्यावहारिक है और कूलिंग तथा हीटिंग लाइनें छोटी होती हैं; इसीलिए यह इतिहास में सबसे आम व्यवस्था बनी। मध्य इंजन, द्रव्यमान को वाहन के ज्यामितीय केंद्र के करीब लाकर जड़त्व आघूर्ण को कम करता है और सड़क पकड़ में सुधार करता है। पिछला इंजन वजन को प्रणोदन पहियों पर डालकर ट्रैक्शन बढ़ाता है; कम पकड़ वाली परिस्थितियों में यह एक गंभीर लाभ है।

अनुप्रस्थ स्थिति में क्रैंकशाफ्ट वाहन की गति की दिशा के लंबवत स्थित होता है; अधिकांश आधुनिक फ्रंट-व्हील ड्राइव वाले वाहनों में यह व्यवस्था उपयोग होती है। अनुदैर्घ्य स्थिति में क्रैंकशाफ्ट वाहन के लंबे अक्ष के साथ फैला होता है और यह रियर-व्हील ड्राइव वाले वाहनों की पसंद बनता है। इन दोनों के बीच का चुनाव अक्सर पैकेजिंग का मामला होता है: पावरट्रेन द्वारा घेरा गया आयतन, केबिन और लगेज के लिए बचे स्थान को सीधे निर्धारित करता है। यह सरल ज्यामितीय पसंद बीसवीं सदी के दौरान कार वर्गों, बॉडी आकृतियों और यहाँ तक कि टैंक डिज़ाइनों को पुनर्परिभाषित करने लायक प्रभावी रही।

अनुप्रस्थ व्यवस्था का प्रारंभिक काल: 1899 से युद्ध के बाद तक

अनुप्रस्थ इंजन का विचार ऑटोमोबाइल के प्रारंभिक वर्षों तक जाता है। 1899 में Daimler Motor Company की Critchley हल्की गाड़ी, बेल्ट-ड्रिवन अनुप्रस्थ इंजन वाले पहले उदाहरणों में से एक के रूप में दर्ज हुई। हालाँकि, व्यवस्था की पहली टिकाऊ व्यावसायिक सफलता 1931 में आई: दो-सिलेंडर DKW F1, अपनी अनुप्रस्थ इंजन और फ्रंट-व्हील ड्राइव व्यवस्था के साथ, आज हम आधुनिक फ्रंट-व्हील ड्राइव कारों में जो आर्किटेक्चर देखते हैं, उसका पहला कार्यशील उदाहरण माना जाता है।

युद्ध के वर्षों में व्यवस्था ने सैन्य क्षेत्र में खुद को साबित किया। सोवियत T-44 और T-54/T-55 उनके टैंकों में इंजन अनुप्रस्थ रूप से रखा गया था; उद्देश्य धड़ के भीतर के स्थान की बचत थी और परिणाम प्रभावशाली रहा: अनुप्रस्थ विन्यास के कारण धड़ छोटा होते हुए भी कवच बरकरार रहा और T-54/55 इतिहास का सबसे अधिक उत्पादित टैंक बन गया। ऑटोमोबाइल के क्षेत्र में 1947 Saab 92, अपने पहले मॉडल में अनुप्रस्थ इंजन देने वाले ब्रांडों में से एक बना; Borgward के Goliath और Hansa ब्रांडों ने भी वही पद्धति अपनाई। 1957 में पूर्वी जर्मन Trabant, अनुप्रस्थ स्थित दो-स्ट्रोक इंजन के साथ उत्पादन लाइन पर आया और इस विन्यास को निरंतर 1991 तक जारी रखा।

Mini और Giacosa: अनुप्रस्थ विन्यास के दो वास्तुशिल्प स्कूल

अनुप्रस्थ विन्यास को ऑटोमोबाइल दुनिया में वास्तविक अर्थों में सराहना 1959 में, BMC के Alec Issigonis के हस्ताक्षर वाले Mini के साथ मिली। Issigonis का कदम एक कट्टर पैकेजिंग समाधान था: गियरबॉक्स को इंजन क्रैंककेस में, यानी तेल संचय में एकीकृत कर दिया गया। इस प्रकार 848 cc क्षमता का चार-सिलिंडर जल-संचालित इंजन और ट्रांसमिशन घटकों ने, 1,2 मीटर चौड़ाई के धड़ में समाने वाला एक संकीर्ण ब्लॉक बनाया; ट्रांसमिशन समूह ने कुल मिलाकर वाहन की लंबाई का केवल 20% हिस्सा घेरा। सीटों पर इंजन के चारों ओर फैले बिना बैठने वाला, चार लोगों के लिए वास्तव में संक्षिप्त ऑटोमोबाइल का विचार, इसी विन्यास के कारण संभव हुआ।

हालाँकि, Mini के क्रैंककेस-भीतर गियरबॉक्स समाधान की कीमत मरम्मत की कठिनाई थी। 1964 में Dante Giacosa ने, Fiat के लिए विकसित किए गए विन्यास को Autobianchi Primula में लागू किया: इंजन एक शाफ्ट से गियरबॉक्स से जुड़ा था और डिफरेंशियल को केंद्र से बाहर स्थित किया गया था। इस विन्यास के बाद Fiat 128 में इसका व्यापक प्रसार हुआ और यह आज भी प्रयुक्त योजना का आधार बना। Mini के समाधान की तुलना में बेहतर परिष्कृत किया जा सकने वाला, मरम्मत में अधिक आसान और पांच-स्पीड गियरबॉक्स के लिए अधिक उपयुक्त सिद्ध हुआ Giacosa विन्यास, आधुनिक फ्रंट-व्हील ड्राइव ऑटोमोबाइल की वास्तविक मानक है। बाजार में अनुप्रस्थ फ्रंट-व्हील ड्राइव का प्रमुख विन्यास बनना भी तेज रहा; अधिकांश निर्माताओं ने यह विन्यास 1980 के दशक के दौरान अपनाया।

रियर इंजन परंपरा: Tatra से Beetle तक

Ferdinand Porsche'nun Beetle'ını ünlü eden arka motor, hava soğutma ve aerodinamik gövde üçlüsü, aslında Tatra'nın mühendislik mirasıydı.

रियर इंजन को अनुप्रस्थ विन्यास की पैकेजिंग कहानी से बहुत भिन्न तर्क के साथ समर्थन दिया गया। ऑस्ट्रियाई इंजीनियर Hans Ledwinka ने, 1921 में Tatra में तकनीकी निदेशक के रूप में शामिल होने वाली कंपनी में इंजन को पिछले एक्सल के पीछे स्थित करने में निपुणता हासिल की; यह स्थिति पीछे के पहियों में असाधारण ट्रैक्शन प्रदान करती थी। कंपनी का पहला एयर-कूल्ड मॉडल 1923 दिनांकित Tatra 11 था; प्रारंभिक अवधि में जल और एयर दोनों कूलिंग का उपयोग करने वाली Tatra ने समय के साथ एयर कूलिंग को मानक बना लिया। Tatra 77, 87 और 1936 में निर्मित Tatra 97, एयर-कूल्ड रियर इंजन और एरोडायनामिक फास्टबैक धड़ वाले चार दरवाजे के सेडान के रूप में उस दौर के असामान्य उदाहरणों में शामिल थे।

टाट्रा 97 में वह तीव्र सूत्र - पिछला इंजन, एयर कूलिंग, हवादार बॉडी - पहले से मौजूद था जो बाद में बीटल को प्रसिद्ध बनाने वाला था, और समानताएं किसी मुकदमे का विषय बनने लायक इतनी निकट थीं। लेडविंका के टाट्रा डिज़ाइन का बीटल पर प्रभाव पड़ना व्यापक रूप से स्वीकार किया जाता है; डिज़ाइनों का किससे किसके पास स्थानांतरण हुआ, इसके विवरणों पर बहस जारी है, क्योंकि टाट्रा के विशिष्ट समाधान भी 1930 के दशक की शुरुआत में आकार ले रहे थे। इस दौर में केवल टाट्रा नहीं, बल्कि मर्सिडीज़-बेंज ने भी पिछले इंजन के साथ प्रयोग किए: 130, 150 Sports Saloon, 150 Sports Roadster और 170 H जैसे 1930 के दशक के मॉडलों ने यह लेआउट आज़माया। चेकोस्लोवाक पक्ष में यह परंपरा लंबी आयु वाली रही; 1968 दिनांकित Tatra T603, पिछले इंजन वाली V8 सेडान के रूप में इस विरासत का शानदार विस्तार था।

पिछले इंजन की विजय द्रव्यमान पर आधारित है: इंजन का भार पिछले पहियों के ऊपर टिका रहता है और टायर के पकड़ को बढ़ाता है। लेकिन इस लाभ की भारी कीमत थी। टाट्रा के पिछले इंजन वाले मॉडलों में भार वितरण %70/30 तक की दर से पीछे की ओर संकेंद्रित था, और इसी से बदनाम हैंडलिंग समस्याएं उत्पन्न हुईं। पिछले एक्सल पर भार का केंद्रित होना ऐसा अप्रत्याशित व्यवहार उत्पन्न करता है जब गाड़ी कोने की सीमा के निकट पहुंचती है: कम गति पर सीमाओं के नीचे अच्छा व्यवहार करने वाली गाड़ी, जड़त्व के कारण अचानक अधिक मोड़ने - lift-off oversteer कही जाने वाली स्थिति - के जोखिम से टकरा सकती है। इंजन पिछले एक्सल पर होने पर, कोने से निकलते समय गैस काटने पर पूंछ ऐसे व्यवहार कर सकती है मानो एक चलायमान चीज़ चालक से आगे निकलने की कोशिश कर रही हो।

मिड-इंजन क्रांति: रेस ट्रैक से सड़क तक

इंजन को चालक केबिन के पीछे, पिछले एक्सल के सामने रखने वाला मिड-इंजन लेआउट, भार वितरण को ज्यामितीय केंद्र के निकट लाकर टिकाऊपन और कोर्नरिंग प्रदर्शन में अपने प्रतिद्वंद्वियों से अलग खड़ा हुआ। 1969 में पेश की गई Porsche 917, Type 912 flat-12 इंजन से सुसज्जित एक स्पोर्ट्स प्रोटोटाइप थी; होमोलॉगेशन के लिए केवल 25 यूनिट के निर्माण के बावजूद स्पोर्ट्स कार रेसिंग में वर्चस्व स्थापित किया। 1970 की ल मां 24 घंटे की रेस Team Salzburg की 917K के साथ समग्र जीत के साथ जीती, और 917K ने लगातार ल मां जीतों के साथ एंड्योरेंस रेसिंग पर शासन किया।

सड़क गाड़ियों के क्षेत्र में अग्रणी उदाहरण Lamborghini Miura था: अनुप्रस्थ स्थित वाला मिड-इंजन वाला 4,0 लीटर क्षमता का V12, 1965 में एक अद्वितीय कॉन्फ़िगरेशन था। अगले दशकों में यही स्कीमा Lancia Montecarlo, Toyota MR2, Pontiac Fiero और पहली पीढ़ी के Honda NSX जैसे मॉडलों के साथ फैल गई; मिड-इंजन रेसिंग तकनीक से सस्ती स्पोर्ट्स कारों में प्रवाहित होने वाला एक मानक लेआउट बन गया।

प्रदर्शन, सुरक्षा और डिज़ाइन पर प्रभाव

मोटर की स्थिति की ड्राइविंग कैरेक्टर में भूमिका को बुनियादी भौतिकी से समझाया जा सकता है: द्रव्यमान की स्थिति वजन वितरण को निर्धारित करती है और वितरण बदलने पर सड़क पकड़ तथा ड्राइविंग कैरेक्टर गंभीर रूप से बदल जाता है। कम गुरुत्व केंद्र और संतुलित वितरण कोने काटने के प्रदर्शन को सुधारता है; रियर-व्हील ड्राइव लेआउट में यह ट्रैक्शन का फायदा देता है। स्थिति को बदलना द्रव्यमान के किसी एक एक्सल पर पड़ने के अनुपात को वास्तव में आगे की ओर बढ़ाकर या पीछे की ओर इकट्ठा करके बदलता है। एक विपरीत मत भी मौजूद है: इंजन बे के घटक - बैटरी सहित - कुल द्रव्यमान में अपेक्षाकृत छोटा हिस्सा रखते हैं, इसलिए कुछ डिज़ाइनों में मोटर को एक जगह से दूसरी जगह खिसकाना वजन वितरण को अपेक्षा से कम बदल सकता है और इसका प्रभाव बैटरी प्लेसमेंट जैसे विवरणों की तुलनीय रह सकता है। वास्तव में दोनों मत एक-दूसरे का खंडन नहीं करते: स्थिति के प्रभाव का मूल्यांकन बॉडी आर्किटेक्चर और द्रव्यमान बजट के साथ मिलकर किया जाना चाहिए।

सुरक्षा के मोर्चे पर अनुप्रस्थ स्थिति का योगदान ठोस और मापने योग्य था। मोटर को अनुप्रस्थ रखने से सामने के एक्सल के आगे की अनुदैर्ध्य जगह खाली हो जाती है; यह क्षेत्र सामने से टक्कर में विकृत होने वाले क्रश ज़ोन में बदला जा सकता है। Volvo ने 1998 से शुरू करके V8 सहित अपने सभी मॉडलों में अनुप्रस्थ मोटर पर स्विच किया; उद्देश्य आंतरिक केबिन स्पेस बढ़ाना था लेकिन इस लेआउट ने एक साथ लंबे इंजन बे क्षेत्र और बड़े फ्रंट क्रश ज़ोन को संभव बनाकर फ्रंटल क्रैश सुरक्षा में भी सुधार किया। वहीं रियर इंजन लेआउट का सुरक्षा रिकॉर्ड मिश्रित है: Porsche ने 1970 के दशक की शुरुआत में अपनी रियर-इंजन 911 को इंजीनियरों के शुरुआती विश्वास से कहीं अधिक संरचनात्मक सुदृढ़ीकरण और क्रश ज़ोन से लैस करके उस दौर के क्रैश मानकों को पार कर लिया।

स्थितिमुख्य लाभसामान्य कमजोरीमील का पत्थर
सामने, अनुदैर्ध्यव्यावहारिक, व्यापक, छोटी कूलिंग लाइनेंलंबा बोनट, आगे का वजनक्लासिक लेआउट
पिछलाबढ़ी हुई पिछली ट्रैक्शनअचानक ओवरस्टीयर का जोखिमTatra 97, Beetle
मध्यसंतुलित वितरण, अच्छी सड़क पकड़केबिन और बूट की जगहPorsche 917, Miura
सामने, अनुप्रस्थकॉम्पैक्ट पैकेजिंग, जगह की बचतपावर ट्रांसफर की सीमाएंMini, Fiat 128

अनुदैर्ध्य स्थिति अभी भी परफॉर्मेंस कारों की पसंद क्यों है?

अनुप्रस्थ लेआउट छोटी कारों के बाज़ार पर हावी है; वहीं उच्च प्रदर्शन वाली स्पोर्ट्स कारों का बड़ा हिस्सा अनुदैर्ध्य स्थिति को बनाए रखता है। इसके कई व्यावहारिक कारण हैं। अनुदैर्ध्य पावरट्रेन ताकतवर मोटरों के टॉर्क को झेल सकने वाले बड़े और मजबूत गियरबॉक्स को वाहन में समाने की अनुमति देता है। साथ ही रियर-व्हील ड्राइव आर्किटेक्चर के साथ मिलकर, यह ट्रैक्शन और स्टीयरिंग के कार्यों को सामने और पीछे के एक्सल के बीच स्पष्ट रूप से बांटता है; कोने में सामने के टायर केवल स्टीयरिंग और पीछे के टायर केवल धकेलने के काम पर लगे रहते हैं। मोटर का अनुदैर्ध्य संरेखण, विशेष रूप से V और बॉक्सर जैसे चौड़े इंजनों में, इंजन बे में खाली जगह छोड़ता है।

यह अंतर दर्शाता है कि इंजन की स्थिति एक वाहन श्रेणी पहचानकर्ता में बदल गई है: आर्थिक और कॉम्पैक्ट श्रेणी की भाषा में अनुप्रस्थ अग्र-चालन की बात होती है, जबकि प्रदर्शन श्रेणी की भाषा में अनुदैर्घ्य पश्च-चालन या मध्य-इंजन की। किसी निर्माता का किसी मॉडल में इंजन स्थिति का विकल्प केवल एक तकनीकी विवरण नहीं, बल्कि वाहन के लक्षित दर्शकों और मूल्य स्थिति के बारे में भी जानकारी है।

समापन: एक सरल ज्यामितीय विकल्प की विरासत

आंतरिक दहन वाली कार के सौ साल से अधिक के इतिहास को देखें तो, सिलेंडरों की संख्या और इंजन आर्किटेक्चर जितना ही क्रैंकशाफ्ट की दिशा और इंजन की स्थिति ने भी ऑटोमोबाइल को आकार दिया। Issigonis का सब-फ्रेम में एम्बेडेड गियरबॉक्स और Giacosa का शाफ्ट ड्राइव, आज सड़कों पर चलने वाली लगभग हर कॉम्पैक्ट कार के पूर्वज हैं। Ledwinka द्वारा पिछले एक्सल के पीछे रखा गया हवा-ठंडा इंजन, Beetle के माध्यम से लाखों परिवारों तक पहुंचा और Porsche 911 की आज भी जारी परंपरा की शुरुआत बना। मध्य-इंजन ने रेस ट्रैक से निकलकर सड़क कारों के शिखर में अपनी जगह बनाई। इंजन को कहाँ और किस दिशा में रखने जैसा सरल प्रतीत होने वाला निर्णय, हैंडलिंग से सुरक्षा तक, उत्पादन लागत से वाहन श्रेणी तक हर स्तर को फिर से परिभाषित करने वाली एक इंजीनियरिंग विरासत है।

स्रोत