कैंषफ़्ट कैसे काम करता है

यदि आपने लेख पढ़ा है कि कार इंजन कैसे काम करता है , तो आप उन वाल्वों के बारे में जानते हैं जो इंजन में हवा/ईंधन के मिश्रण और इंजन से निकास को बाहर जाने देते हैं। कैंषफ़्ट लोब ( कैम कहा जाता है ) का उपयोग करता है जो वाल्वों को खोलने के लिए धक्का देता है क्योंकि कैंषफ़्ट घूमता है; वाल्वों पर लगे स्प्रिंग उन्हें उनकी बंद स्थिति में लौटा देते हैं। यह एक महत्वपूर्ण काम है, और विभिन्न गति पर इंजन के प्रदर्शन पर बहुत प्रभाव डाल सकता है। इस लेख के अगले पृष्ठ पर आप उस एनीमेशन को देख सकते हैं जिसे हमने वास्तव में आपको एक प्रदर्शन कैंषफ़्ट और एक मानक एक के बीच अंतर दिखाने के लिए बनाया है।

इस लेख में, आप सीखेंगे कि कैंषफ़्ट इंजन के प्रदर्शन को कैसे प्रभावित करता है। हमारे पास कुछ बेहतरीन एनिमेशन हैं जो आपको दिखाते हैं कि सिंगल ओवरहेड कैम (एसओएचसी) और डबल ओवरहेड कैम (डीओएचसी) जैसे विभिन्न इंजन लेआउट वास्तव में कैसे काम करते हैं। और फिर हम कुछ ऐसे साफ-सुथरे तरीकों के बारे में जानेंगे जिनसे कुछ कारें कैंषफ़्ट को समायोजित करती हैं ताकि यह विभिन्न इंजन गति को अधिक कुशलता से संभाल सके।

आइए मूल बातें शुरू करें।

कैंषफ़्ट मूल बातें

किसी भी कैंषफ़्ट के प्रमुख भाग लोब होते हैं । जैसे ही कैंषफ़्ट घूमता है, लोब पिस्टन की गति के साथ समय पर सेवन और निकास वाल्व खोलते और बंद करते हैं। यह पता चला है कि कैम लोब के आकार और इंजन के विभिन्न गति सीमाओं में प्रदर्शन करने के तरीके के बीच सीधा संबंध है।

यह समझने के लिए कि ऐसा क्यों है, कल्पना कीजिए कि हम एक इंजन को बहुत धीमी गति से - केवल 10 या 20 चक्कर प्रति मिनट (RPM) पर चला रहे हैं - ताकि पिस्टन को एक चक्र पूरा करने में कुछ सेकंड का समय लगे। यह वास्तव में एक सामान्य इंजन को धीरे-धीरे चलाना असंभव होगा, लेकिन आइए कल्पना करें कि हम कर सकते हैं। इस धीमी गति से, हम चाहते हैं कि कैम लोब आकार का हो ताकि:

यह सेटअप इंजन के लिए वास्तव में तब तक अच्छा काम करेगा जब तक यह बहुत धीमी गति से चलता है। लेकिन अगर आप RPM बढ़ा दें तो क्या होगा? चलो पता करते हैं।

जब आप RPM को बढ़ाते हैं, तो कैंषफ़्ट के लिए 10 से 20 RPM कॉन्फ़िगरेशन ठीक से काम नहीं करता है। यदि इंजन ४,००० आरपीएम पर चल रहा है, तो वाल्व हर मिनट २,००० बार या हर सेकंड में ३३ बार खुलते और बंद होते हैं। इन गतियों पर, पिस्टन बहुत तेजी से आगे बढ़ रहा है, इसलिए हवा/ईंधन मिश्रण सिलेंडर में तेजी से बढ़ रहा है।

जब इंटेक वाल्व खुलता है और पिस्टन अपना इंटेक स्ट्रोक शुरू करता है, तो इंटेक रनर में हवा/ईंधन मिश्रण सिलेंडर में तेजी लाने लगता है। जब तक पिस्टन अपने सेवन स्ट्रोक के नीचे पहुंचता है, हवा/ईंधन काफी तेज गति से आगे बढ़ रहा है। अगर हम इनटेक वाल्व को बंद कर देते हैं, तो वह सारी हवा/ईंधन बंद हो जाएगा और सिलेंडर में प्रवेश नहीं करेगा। इंटेक वाल्व को थोड़ी देर खुला रखने से, तेज गति से चलने वाली हवा/ईंधन की गति हवा/ईंधन को सिलेंडर में धकेलती रहती है क्योंकि पिस्टन अपना संपीड़न स्ट्रोक शुरू करता है। तो जितनी तेजी से इंजन जाता है, उतनी ही तेजी से हवा/ईंधन चलता है, और जितनी देर हम चाहते हैं कि इंटेक वाल्व खुला रहे। हम यह भी चाहते हैं कि वाल्व उच्च गति पर व्यापक रूप से खुले - यह पैरामीटर, जिसे वाल्व लिफ्ट कहा जाता है, कैम लोब प्रोफाइल द्वारा नियंत्रित होता है।

नीचे दिया गया एनीमेशन दिखाता है कि कैसे एक नियमित कैम और एक प्रदर्शन कैम में अलग-अलग वाल्व टाइमिंग होती है। ध्यान दें कि निकास (लाल वृत्त) और सेवन (नीला वृत्त) चक्र प्रदर्शन कैम पर बहुत अधिक ओवरलैप करते हैं। इस वजह से, इस प्रकार के कैम वाली कारें बेकार में बहुत मोटे तौर पर चलती हैं।

दो अलग-अलग कैम प्रोफाइल: कैम के बीच टॉगल करने के लिए प्ले बटन के नीचे स्थित बटन पर क्लिक करें। सर्कल दिखाते हैं कि वाल्व कितने समय तक खुले रहते हैं, सेवन के लिए नीला, निकास के लिए लाल। प्रत्येक एनीमेशन की शुरुआत में वाल्व ओवरलैप (जब सेवन और निकास वाल्व दोनों एक ही समय में खुले होते हैं) को हाइलाइट किया जाता है।

कोई भी दिया गया कैंषफ़्ट केवल एक इंजन की गति से परिपूर्ण होगा। हर दूसरे इंजन की गति पर, इंजन अपनी पूरी क्षमता से प्रदर्शन नहीं करेगा। इसलिए, एक निश्चित कैंषफ़्ट हमेशा एक समझौता होता है। यही कारण है कि कार निर्माताओं ने इंजन की गति में परिवर्तन के रूप में कैम प्रोफाइल को बदलने के लिए योजनाएं विकसित की हैं।

इंजनों पर कैंषफ़्ट की कई अलग-अलग व्यवस्थाएँ हैं। हम कुछ सबसे आम लोगों के बारे में बात करेंगे। आपने शायद शब्दावली सुनी होगी:

अगले भाग में, हम इनमें से प्रत्येक विन्यास को देखेंगे।

सिंगल ओवरहेड कैम

यह व्यवस्था एक इंजन को प्रति सिर एक कैम के साथ दर्शाती है । तो अगर यह एक इनलाइन 4-सिलेंडर या इनलाइन 6-सिलेंडर इंजन है, तो इसमें एक कैम होगा; यदि यह V-6 या V-8 है, तो इसमें दो कैमरे होंगे (प्रत्येक सिर के लिए एक)।

कैम रॉकर आर्म्स को सक्रिय करता है जो वाल्वों को खोलते हुए दबाते हैं। स्प्रिंग्स वाल्वों को उनकी बंद स्थिति में लौटाते हैं। इन स्प्रिंग्स को बहुत मजबूत होना चाहिए क्योंकि उच्च इंजन गति पर, वाल्व बहुत जल्दी नीचे धकेल दिए जाते हैं, और यह स्प्रिंग्स हैं जो वाल्वों को घुमाव वाले हथियारों के संपर्क में रखते हैं। यदि स्प्रिंग्स पर्याप्त मजबूत नहीं थे, तो वाल्व रॉकर आर्म्स से दूर आ सकते हैं और वापस स्नैप कर सकते हैं। यह एक अवांछनीय स्थिति है जिसके परिणामस्वरूप कैम और रॉकर आर्म्स पर अतिरिक्त भार पड़ेगा।

एक सिंगल ओवरहेड कैमरा

सिंगल और डबल ओवरहेड कैम इंजन पर, कैम क्रैंकशाफ्ट द्वारा संचालित होते हैं, या तो एक बेल्ट या चेन के माध्यम से टाइमिंग बेल्ट या टाइमिंग चेन कहा जाता है । इन बेल्टों और जंजीरों को नियमित अंतराल पर बदलने या समायोजित करने की आवश्यकता होती है। यदि टाइमिंग बेल्ट टूट जाती है, तो कैम घूमना बंद कर देगा और पिस्टन खुले वाल्वों से टकरा सकता है।

ऊपर दी गई तस्वीर से पता चलता है कि जब पिस्टन एक खुले वाल्व से टकराता है तो क्या हो सकता है।

डबल ओवरहेड कैम

एक डबल ओवरहेड कैम इंजन में प्रति सिर दो कैम होते हैं । तो इनलाइन इंजन में दो कैम होते हैं, और वी इंजन में चार होते हैं। आमतौर पर, प्रति सिलेंडर चार या अधिक वाल्व वाले इंजनों पर डबल ओवरहेड कैम का उपयोग किया जाता है - एक एकल कैंषफ़्ट बस उन सभी वाल्वों को सक्रिय करने के लिए पर्याप्त कैम लोब फिट नहीं कर सकता है।

डबल ओवरहेड कैम का उपयोग करने का मुख्य कारण अधिक सेवन और निकास वाल्व की अनुमति देना है। अधिक वाल्व का मतलब है कि सेवन और निकास गैसें अधिक स्वतंत्र रूप से प्रवाहित हो सकती हैं क्योंकि उनके माध्यम से बहने के लिए और अधिक उद्घाटन हैं। इससे इंजन की पावर बढ़ जाती है।

इस लेख में हम जिस अंतिम कॉन्फ़िगरेशन में जाएंगे, वह पुशरोड इंजन है।

पुशरोड इंजन

SOHC और DOHC इंजनों की तरह, पुशरोड इंजन में वाल्व सिलेंडर के ऊपर, सिर में स्थित होते हैं। मुख्य अंतर यह है कि पुशरोड इंजन पर कैंषफ़्ट सिर के बजाय इंजन ब्लॉक के अंदर होता है।

कैम लंबी छड़ों को क्रियान्वित करता है जो रॉकर्स को स्थानांतरित करने के लिए ब्लॉक और सिर में ऊपर जाते हैं। ये लंबी छड़ें सिस्टम में द्रव्यमान जोड़ती हैं, जिससे वाल्व स्प्रिंग्स पर भार बढ़ जाता है। यह पुशरोड इंजन की गति को सीमित कर सकता है; ओवरहेड कैंषफ़्ट, जो सिस्टम से पुशरोड को हटा देता है, इंजन प्रौद्योगिकियों में से एक है जिसने उच्च इंजन गति को संभव बनाया है।

एक पुशरोड इंजन

पुशरोड इंजन में कैंषफ़्ट अक्सर गियर या एक छोटी श्रृंखला द्वारा संचालित होता है । गियर-ड्राइव में आमतौर पर बेल्ट ड्राइव की तुलना में टूटने की संभावना कम होती है, जो अक्सर ओवरहेड कैम इंजन में पाए जाते हैं।

कैंषफ़्ट सिस्टम को डिजाइन करने में एक बड़ी बात प्रत्येक वाल्व के समय में बदलाव करना है। हम अगले भाग में वाल्व टाइमिंग को देखेंगे।

ऐसे कुछ नए तरीके हैं जिनके द्वारा कार निर्माता वाल्व के समय में बदलाव करते हैं। कुछ होंडा इंजनों पर प्रयुक्त एक प्रणाली को वीटीईसी कहा जाता है ।

वीटीईसी (वैरिएबल वाल्व टाइमिंग एंड लिफ्ट इलेक्ट्रॉनिक कंट्रोल) कुछ होंडा इंजनों में एक इलेक्ट्रॉनिक और मैकेनिकल सिस्टम है जो इंजन को कई कैमशाफ्ट रखने की अनुमति देता है। VTEC इंजन में अपने स्वयं के घुमाव के साथ एक अतिरिक्त सेवन कैम होता है , जो इस कैम का अनुसरण करता है। इस कैम पर प्रोफाइल अन्य कैम प्रोफाइल की तुलना में इंटेक वाल्व को अधिक समय तक खुला रखता है। कम इंजन गति पर, यह घुमाव किसी भी वाल्व से जुड़ा नहीं है। उच्च इंजन गति पर, एक पिस्टन अतिरिक्त घुमाव को दो घुमावों को बंद कर देता है जो दो सेवन वाल्वों को नियंत्रित करते हैं।

कुछ कारें ऐसे उपकरण का उपयोग करती हैं जो वाल्व समय को आगे बढ़ा सकता है । यह वाल्वों को अधिक समय तक खुला नहीं रखता है; इसके बजाय, यह उन्हें बाद में खोलता है और बाद में बंद कर देता है। यह कैंषफ़्ट को कुछ डिग्री आगे घुमाकर किया जाता है। यदि इंटेक वाल्व सामान्य रूप से टॉप डेड सेंटर (TDC) से पहले 10 डिग्री पर खुलते हैं और TDC के बाद 190 डिग्री पर बंद होते हैं, तो कुल अवधि 200 डिग्री है। खुलने और बंद होने के समय को एक तंत्र का उपयोग करके स्थानांतरित किया जा सकता है जो कैम को थोड़ा आगे घुमाता है क्योंकि यह घूमता है। तो टीडीसी के बाद वाल्व 10 डिग्री पर खुल सकता है और टीडीसी के बाद 210 डिग्री पर बंद हो सकता है। वाल्व को 20 डिग्री बाद में बंद करना अच्छा है, लेकिन इंटेक वाल्व के खुले रहने की अवधि को बढ़ाने में सक्षम होना बेहतर होगा।

फेरारी के पास ऐसा करने का एक बहुत साफ तरीका है। कुछ फेरारी इंजनों पर कैमशाफ्ट को त्रि-आयामी प्रोफ़ाइल के साथ काटा जाता है जो कैम लोब की लंबाई के साथ बदलता रहता है। कैम लोब के एक छोर पर सबसे कम आक्रामक कैम प्रोफाइल है, और दूसरे छोर पर सबसे आक्रामक है। कैम का आकार इन दोनों प्रोफाइलों को आसानी से एक साथ मिला देता है। एक तंत्र पूरे कैंषफ़्ट को बाद में स्लाइड कर सकता है ताकि वाल्व कैम के विभिन्न हिस्सों को संलग्न कर सके। शाफ्ट अभी भी एक नियमित कैंषफ़्ट की तरह घूमता है - लेकिन धीरे-धीरे कैंषफ़्ट को बाद में इंजन की गति और लोड में वृद्धि के रूप में स्लाइड करके, वाल्व समय को अनुकूलित किया जा सकता है।

कई इंजन निर्माता सिस्टम के साथ प्रयोग कर रहे हैं जो वाल्व समय में अनंत परिवर्तनशीलता की अनुमति देगा। उदाहरण के लिए, कल्पना करें कि प्रत्येक वाल्व में एक सोलनॉइड होता है जो कैंषफ़्ट पर निर्भर होने के बजाय कंप्यूटर नियंत्रण का उपयोग करके वाल्व को खोल और बंद कर सकता है। इस प्रकार के सिस्टम के साथ, आपको प्रत्येक RPM पर अधिकतम इंजन प्रदर्शन मिलेगा। भविष्य में देखने के लिए कुछ...

कैंषफ़्ट, वाल्व समय और संबंधित विषयों के बारे में अधिक जानकारी के लिए, अगले पृष्ठ पर लिंक देखें।

मूल रूप से प्रकाशित: दिसम्बर १३, २०००

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