इंजन कैसे चला? स्पार्क प्लग और मैग्नेटो की भुला दी गई कहानी

इग्निशन सिस्टम, आंतरिक दहन इंजन के सिलेंडर में ईंधन-वायु मिश्रण को कंप्रेशन स्ट्रोक के बाद प्रज्वलित करने का कार्य करने वाला एक उप-प्रणाली है; स्पार्क प्लग में नियंत्रित चिंगारी पैदा करने वाले इस तंत्र के बिना चार-स्ट्रोक चक्र पूरा नहीं हो सकता। 1860 में Étienne Lenoir के इंजन से लेकर आज के coil-on-plug तंत्रों तक फैली 150 साल से अधिक की यह यात्रा असल में एक ही समस्या के समाधान की कहानी है: सही समय पर, पर्याप्त वोल्टेज के साथ, विश्वसनीय रूप से चिंगारी उत्पन्न करना।

चिंगारी की समस्या के साथ जन्मा इंजन: पहली स्पार्क प्लग और Lenoir

आंतरिक दहन पिस्टन इंजन के पहले उदाहरण ने जन्म लेने से पहले ही इग्निशन की समस्या अपने साथ लाई। 1860 में Étienne Lenoir ने अपने नाम से चलने वाले गैस इंजन में एक इलेक्ट्रिक स्पार्क प्लग का उपयोग किया और स्पार्क प्लग के आविष्कार का श्रेय प्रायः उन्हीं को दिया जाता है। यह प्रणाली सिद्धांत रूप में आज की प्रणाली से आश्चर्यजनक रूप से मिलती-जुलती थी: उच्च वोल्टेज की बिजली स्पार्क प्लग के इलेक्ट्रोडों के बीच हवा के अंतराल से कूदकर चिंगारी उत्पन्न करती थी। स्पार्क प्लग वाले, यानी स्पार्क-इग्निशन की अवधारणा कभी नहीं बदली; मूल कार्य सिद्धांत 150 साल से अधिक समय से वही है।

स्पार्क प्लग की व्यावसायिक परिपक्वता के मार्ग में दूसरा नाम उभरता है: Frederick Richard Simms। Simms, आंतरिक दहन इंजनों के लिए मैग्नेटो से संबंधित GB 24859/1898 संख्या वाले पेटेंट के मालिक थे और पहली व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य हाई-वोल्टेज स्पार्क प्लग के आविष्कारक के रूप में जाने जाते हैं। उसी वर्ष Bosch के साथ सहयोग शुरू करना संयोग नहीं था; स्पार्क प्लग के काम करने के लिए उसके पीछे एक विश्वसनीय उच्च वोल्टेज स्रोत की आवश्यकता थी और वह स्रोत मैग्नेटो में मिलने वाला था।

स्पार्क प्लग के आविष्कार का श्रेय आज भी विवादित है। Lenoir सामान्य रूप से स्वीकृत नाम होने के साथ-साथ, इलेक्ट्रिक स्पार्क प्लग के Oliver Lodge द्वारा आविष्कृत होने के दस्तावेज़ भी मौजूद हैं; Edmond Berger का नाम भी सामने आता है। कैपेसिटिव डिस्चार्ज इग्निशन (CDI) की उत्पत्ति 1890 के दशक में Nikola Tesla के कार्यों तक ले जाई जाती है। इंजीनियरिंग इतिहास के अधिकांश क्षेत्रों की तरह, यहाँ भी किसी एक नाम के बजाय एक-दूसरे को पोषित करने वाले कई योगदानों की बात करना अधिक उचित है।

मैग्नेटो युग: बैटरी-रहित चिंगारी और Bosch का उदय

ऑटोमोबाइल के प्रारंभिक वर्षों में विद्युत प्रतिष्ठापन जैसा कि हम आज समझते हैं, लगभग अस्तित्व में नहीं था; बैटरी ढोना भारी, महंगा और अविश्वसनीय था। मैग्नेटो ने इस खाली जगह को भरा: चूंकि यह अपने घूर्णन से ही बिजली उत्पन्न करता था, इसलिए यह बैटरी के बिना चिंगारी की झटका प्रदान करता था। Robert Bosch ने 1887 में स्थिर इंजनों के लिए पहला मैग्नेटो इग्निशन उपकरण बनाया; 1897 में मैग्नेटो इग्निशन का वाहनों पर परीक्षण शुरू हुआ और सामूहिक उत्पादन 1898 में शुरू हुआ। इस तारीख से Bosch, वास्तव में ऑटोमोबाइलों को मैग्नेटो इग्निशन की आपूर्ति करने वाला एकमात्र विश्वसनीय निर्माता बन गया।

निर्णायक छलांग 1901 के अंत में आई। Bosch के तकनीकी निदेशक Gottlob Honold ने स्टटगार्ट संयंत्र में दुनिया के पहले उच्च-वोल्टेज मैग्नेटो और साथ में स्पार्क प्लग विकसित किया। इस जोड़ी ने ऑटोमोबाइल की बैटरी आवश्यकता को समाप्त किया और स्पार्क प्लग को वास्तव में व्यावहारिक बना दिया। लगभग 1902 में Bosch ने स्थिर स्पार्क प्लग और सिलेंडर के बाहर कॉन्टैक्ट ब्रेकर वाले दो-कॉइल मैग्नेटो को पेश किया। 1914 से पहले के वर्षों में Bosch मैग्नेटो बाज़ार में निर्णायक था; उस दौर के वैज्ञानिक प्रकाशन भी मैग्नेटो और कॉइल इग्निशन के बीच पसंद से जुड़ी चर्चाओं को विस्तार से संबोधित करते थे।

उच्च-वोल्टेज मैग्नेटो को एक मैग्नेटो-ट्रांसफार्मर संयोजन के रूप में परिभाषित किया जाता है जो स्पार्क प्लग को उच्च-वोल्टेज झटके भेजता है। आज यह मुख्य रूप से बैटरी-रहित इंजनों में - घास काटने की मशीनें, मोटर चेन सॉ - और आधुनिक पिस्टन वाले विमानों में अभी भी उपयोग किया जाता है। एक तकनीक का ऑटोमोबाइल से हटकर विमानन में मानक बने रहना, इस बात का अच्छा संकेत है कि यह कितनी मजबूत नींव पर खड़ी है।

ट्रेम्बलर कॉइल: Model T और Benz का चुना हुआ रास्ता

मैग्नेटो ही एकमात्र रास्ता नहीं था। 1886 के Benz Patent-Motorwagen और 1908 के Ford Model T ने ट्रेम्बलर कॉइल नामक एक प्रणाली का उपयोग किया। इस व्यवस्था में कॉइल को एक कॉन्टैक्ट ब्रेकर तंत्र के साथ रुक-रुक कर धारा देकर एक कांपती, बाधित चिंगारी उत्पन्न की जाती थी। Model T में चारों सिलेंडरों में से प्रत्येक के लिए अलग ट्रेम्बलर कॉइल होता था; यह एक सरल, आसानी से मरम्मत करने योग्य और बैटरी से चलने वाला समाधान था। उस दौर के वाहनों को देखने पर दो मुख्य संप्रदाय दिखाई देते हैं: बैटरी-रहित मैग्नेटो पक्ष और ट्रेम्बलर कॉइल पक्ष। "इनमें से कौन जीता" इस प्रश्न का उत्तर अगले भाग में आए विकास के साथ स्पष्ट हो गया।

केटरिंग प्रणाली: डिस्ट्रीब्यूटर आधी सदी के लिए क्यों पर्याप्त रह गया?

Charles F. केटरिंग ने 1910 के आसपास बैटरी-कॉइल इग्निशन सिस्टम विकसित किया - जिसे डेल्को सिस्टम के नाम से जाना जाता है। इग्निशन कॉइल, कॉन्टैक्ट पॉइंट (ब्रेकर पॉइंट), कंडेंसर और डिस्ट्रीब्यूटर। एक ही कॉइल कम वोल्टेज को उच्च वोल्टेज में बढ़ाती थी, और वोल्टेज को डिस्ट्रीब्यूटर के अंदर रोटर आर्म के माध्यम से सही स्पार्क प्लग तक निर्देशित किया जाता था। एक ही कॉइल कम वोल्टेज को उच्च वोल्टेज में बढ़ाती थी, और वोल्टेज डिस्ट्रीब्यूटर के अंदर रोटर आर्म के माध्यम से सही स्पार्क प्लग तक निर्देशित किया जाता था। यह सिस्टम पहली बार 1912 में कैडिलैक कारों में पेश किया गया; हालांकि स्रोतों में विकास का वर्ष 1910, 1911 और 1912 अलग-अलग दर्ज है, 1912 में कैडिलैक में इसकी शुरुआत सबसे सुसंगत इतिहास है, और यह 1912 में डिस्ट्रीब्यूटर-आधारित सिस्टमों के पहले उपयोग की भी ओर संकेत करता है।

इन दो विशेषताओं ने इसे लंबे वर्षों तक ऑटोमोटिव उद्योग की प्राथमिक इग्निशन प्रणाली बना दिया। ये दो विशेषताएँ इसे लंबे वर्षों तक ऑटोमोटिव उद्योग की प्राथमिक इग्निशन प्रणाली बना दिया। 1912 से कैडिलैक मॉडल थर्टी के साथ शुरू होकर, पॉइंट-टाइप डिस्ट्रीब्यूटर व्यवस्था 1970 के दशक के मध्य तक अधिकांश कारों में प्राथमिक सिस्टम बनी रही।

सिस्टम की सीमा भी शुरू से स्पष्ट थी। मैकेनिकल तंत्र स्पार्क प्लग में लगभग 10,000 वोल्ट तक उत्पन्न कर सकता था; बदलते लोड और आरपीएम परिस्थितियों में लचीलापन सीमित था। कॉन्टैक्ट पॉइंट्स मैकेनिकल घिसाव, ऑक्सीकरण और संपर्क सतहों पर खुली चिंगारी के कारण जलने के शिकार होते थे; इन्हें नियमित समायोजन की आवश्यकता होती थी और ये अक्षम चिंगारी का कारण बन सकते थे। यानी सिस्टम काम कर रहा था लेकिन इंजीनियरिंग के दृष्टिकोण से इसकी सीमा कम थी - और इसी सीमा ने इलेक्ट्रॉनिक इग्निशन के द्वार खोल दिए।

पॉइंट्स से ट्रांजिस्टरों तक: इलेक्ट्रॉनिक इग्निशन की ओर संक्रमण

संक्रमण उम्मीद से जल्दी शुरू हुआ। इलेक्ट्रॉनिक इग्निशन का पहला प्रयास, एक कोल्ड कैथोड प्रकार के तंत्र के रूप में 1948 में Delco-Remy द्वारा परखा गया। Lucas ने 1955 में ट्रांजिस्टर इग्निशन पेश किया और यह सिस्टम 1962 में BRM और Coventry Climax के Formula 1 इंजनों में इस्तेमाल हुआ - नई तकनीक, हमेशा की तरह पहले रेस ट्रैक से बाहर निकली। सामूहिक उत्पादन की यात्रा इस प्रकार आगे बढ़ी:

• 1963: Pontiac, वैकल्पिक इलेक्ट्रॉनिक इग्निशन (Delcotronic) देने वाली पहली कार निर्माता बनी; उसी वर्ष Hyland Electronics ने पहली वाणिज्यिक पूर्ण सॉलिड-स्टेट SCR कैपेसिटिव डिस्चार्ज इग्निशन का उत्पादन किया।
• 1964-65: Ford ने फ्लीट परीक्षण किए और कुछ मॉडलों में वैकल्पिक इलेक्ट्रॉनिक इग्निशन देना शुरू किया; aftermarket पक्ष में Prest-O-Lite CD-65 (50,000 मील की वारंटी के साथ) और Delta Mark 10 बाजार में आए।
• 1967-68: Motorola ने breakerless CD सिस्टम पेश किया; Fiat Dino, इलेक्ट्रॉनिक इग्निशन के साथ मानक आने वाली पहली सामूहिक उत्पादन कार बनी।
• 1971-75: Jaguar XJ Series 1 के बाद Chrysler, Ford और GM की श्रृंखला आगे बढ़ी; GM का HEI सिस्टम 1974 के अंत में कुछ वाहनों में पेश किया गया।

1970 के दशक के मध्य में जब कॉन्टैक्ट पॉइंट्स को ट्रांजिस्टरों से बदलना शुरू किया गया, तो इग्निशन वोल्टेज लगभग 20 kV तक पहुँच गया - Kettering सिस्टम की 10,000 वोल्ट की सीमा का दोगुना। डिस्ट्रिब्यूटर स्वयं कुछ समय और जीवित रहा; उसने वितरण का कार्य जारी रखा, लेकिन अब टाइमिंग मैकेनिकल वेट्स नहीं बल्कि इलेक्ट्रॉनिक ब्रेन तय करते थे। डिस्ट्रिब्यूटरों को 1980 और 1990 के दशक में बड़े पैमाने पर इलेक्ट्रॉनिक इग्निशन सिस्टमों से बदल दिया गया; कंप्यूटर-नियंत्रित तंत्र अधिक सटीक टाइमिंग और कहीं कम रखरखाव प्रदान करता था।

डिस्ट्रिब्यूटर की सेवानिवृत्ति: Coil-on-Plug और डायरेक्ट इग्निशन

वितरण तर्क का समाप्त होना 1980 के दशक के मध्य में शुरू हुआ। GM ने डिस्ट्रिब्यूटर और एकल कॉइल को हटाकर बहु-कॉइल पैक पर संक्रमण शुरू किया, जिनमें से प्रत्येक केवल दो सिलेंडरों को संचालित करता था; इस तंत्र में वोल्टेज 100,000 वोल्ट तक पहुँच सकता था। दो सिलेंडरों को एक ही कॉइल से संचालित करने वाली व्यवस्था, जिसमें एक चिंगारी बर्बाद चिंगारी (wasted spark) के रूप में जानी जाती है, डिस्ट्रिब्यूटर-रहित इग्निशन के पहले व्यावहारिक रूपों में से एक बनी। Nissan की NDIS (Nissan Direct Ignition System) नाम की प्रणाली पहली बार 1985 में RB20DET NICS और CA18DE NICS इंजनों में देखी गई।

1990 के दशक से coil-on-plug तंत्र व्यापक हो गए: प्रत्येक स्पार्क प्लग के ठीक ऊपर सीधे एक कॉइल होता है, और हाई-वोल्टेज केबल तथा डिस्ट्रिब्यूटर रोटर पूरी तरह समाप्त हो जाते हैं। DENSO ने 1996 में ऑटोमोबाइल उद्योग की पहली कॉम्पैक्ट स्टिक-टाइप इग्निशन कॉइल विकसित करके आज के सिलेंडर हेड परिदृश्य को आकार दिया। आधुनिक इंजन में ECU, इग्निशन सहित ईंधन इंजेक्शन तक के विभिन्न इंजन कार्यों को एक ही उपकरण से नियंत्रित करता है - पिछले दौर की अलग-अलग प्रणालियों की स्थापत्य के बिल्कुल विपरीत। इग्निशन अब एक स्वतंत्र उपप्रणाली नहीं, बल्कि इंजन प्रबंधन का एक उपसमुच्चय है।

इग्निशन सिस्टम आज कहाँ है? सीमाएँ और बहसें

स्पार्क प्लग के आविष्कारक की पहचान जितनी ही क्लासिक वाहन दुनिया में पॉइंट-इलेक्ट्रॉनिक बहस भी अपनी जीवंतता बनाए हुए है। तकनीकी पक्ष स्पष्ट है: कॉन्टैक्ट पॉइंट घिस जाते हैं, समायोजन माँगते हैं और अक्षम चिंगारी पैदा कर सकते हैं। इसके बदले क्लासिक वाहन मालिकों के बीच "अच्छी तरह रखरखाव किए गए पॉइंट्स पर साधारण इलेक्ट्रॉनिक इग्निशन का कोई लाभ नहीं" यह मत प्रचलित है और व्यवहार में यह उचित सिद्ध होने के मामले भी हैं; यह भी सच है कि इलेक्ट्रॉनिक पुर्जों की मरम्मत लागत अधिक हो सकती है। Kettering प्रणाली के विकास वर्ष को लेकर स्रोतों के बीच मतभेद की तरह, यहाँ का मतभेद भी माप की परिभाषा से अधिक उपयोग के संदर्भ से उपजता है: दैनिक उपयोग और concours स्तर की मौलिकता अलग-अलग आवश्यकताएँ हैं।

भविष्य के पक्ष में 2013 के मूल्यांकनों ने भविष्यवाणी की थी कि स्पार्क इग्निशन के साथ कंप्रेशन इग्निशन कुछ समय और प्रमुख बना रहेगा। HCCI (समरूप कंप्रेशन इग्निशन) इंजन पेट्रोल पर चल सकते हैं और ड्राइविंग परिस्थितियों के अनुसार दो इग्निशन मोड के बीच स्विच कर सकते हैं तथा दक्षता को डीजल स्तर तक ला सकते हैं; यह आज भी बड़े पैमाने पर एक सैद्धांतिक ढाँचा है। क्लासिक वाहन बाजार में 123ignition जैसे माइक्रोप्रोसेसर-आधारित, Bluetooth युक्त आधुनिक डिस्ट्रीब्यूटर Kettering की दिखावट बनाए रखते हुए समकालीन विश्वसनीयता प्रदान करते हैं - अतीत की सौंदर्यशास्त्र आज के इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ सामंजस्य बिठा दी गई है।

निष्कर्ष: वही चिंगारी, बदलते स्थापत्य

इग्निशन तकनीक का 160 वर्षों का सफर तीन संख्याओं में समा जाता है: Kettering व्यवस्थाओं के 10,000 वोल्ट, इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण के 20,000 वोल्ट और coil-on-plug के 100,000 वोल्ट। उद्देश्य कभी नहीं बदला; बदला यह कि चिंगारी उत्पन्न करने और समयबद्ध करने वाले स्थापत्य का यांत्रिक से ठोस रूप में विकास हुआ। मैग्नेटो से डिस्ट्रीब्यूटर तक, डिस्ट्रीब्यूटर से प्रत्येक स्पार्क प्लग के लिए कॉइल तक का मार्ग, ऑटोमोबाइल इंजीनियरिंग की समग्र कहानी का हूबहू लघु रूप है: कम घिसने वाले पुर्जे, अधिक नियंत्रण, अधिक वोल्टेज।

स्रोत

• Ignition system
• Spark plug
• Ignition magneto
• 1886-1905: पहली वर्कशॉप से कारखाने तक
• Bosch ऑटोमोटिव - उत्पादों का इतिहास
• Bosch का मैग्नेटो इग्निशन डिवाइस कैसे स्पार्क प्लग को संभव बनाया
• इग्निशन का विकास
• DENSO इग्निशन कॉइल के विकास को उजागर करता है
• पॉइंट्स से प्रेसिजन तक: इग्निशन सिस्टम की एक सदी
• इलेक्ट्रॉनिक इग्निशन
• मोटर-कारों के लिए मैग्नेटो या कॉइल इग्निशन
• Frederick Richard Simms
• Étienne Lenoir
• इलेक्ट्रॉनिक इग्निशन डिस्ट्रिब्यूटर को समझना
• पुरानी कारों में पॉइंट्स बनाम इलेक्ट्रॉनिक्स