ओवरहेड कैंषफ़्ट इंजन

शिरोपरि कैंषफ़्ट (ओएचसी) इंजन एक प्रकार का पिस्टन इंजन है जिसमें कैंषफ़्ट दहन कक्ष के ऊपर सिलेंडर शीर्ष में स्थित होते है। यह पहले के शिरोपरि वाल्व इंजन (ओएचवी) के विपरीत है, जहां कैंषफ़्ट इंजन कक्ष में दहन कक्ष के नीचे स्थित होते है। एकल शिरोपरि कैंषफ़्ट (एसओएचसी) इंजन में प्रति सिलेंडर बैंक में एक कैंषफ़्ट होता है। द्वैत शिरोपरि कैंषफ़्ट (डीओएचसी, जिसे युगल-कैम के नाम से भी जाना जाता है ) इंजन में प्रति बैंक दो कैंषफ़्ट होते हैं। डीओएचसी इंजन का उपयोग करने वाली पहली उत्पादन कार 1910 में बनाई गई थी। डीओएचसी इंजनों का उपयोग धीरे-धीरे 1940 के दशक से बढ़ा, जिससे 2000 के दशक की प्रारंभ में डीओएचसी इंजनों का उपयोग करने वाले कई ऑटोमोबाइल बन गए।

डिजाइन
एक ओएचसी इंजन में, कैंषफ़्ट दहन कक्ष के ऊपर, इंजन के शीर्ष पर स्थित होते है। यह पहले के शिरोपरि वाल्व इंजन (ओएचवी) और चपटा इंजन संस्थिति के विपरीत है, जहां कैंषफ़्ट इंजन कक्ष में स्थित है। ओएचसी और ओएचवी दोनों इंजनों में वाल्व दहन कक्ष के ऊपर स्थित होते हैं; यद्यपि ओएचवी इंजन को कैंषफ़्ट से वाल्व तक गति को स्थानांतरित करने के लिए पुशरोड और संदोलक भुजा की आवश्यकता होती है, जबकि एक ओएचसी इंजन में वाल्व प्रत्यक्ष कैंषफ़्ट द्वारा क्रियान्वित होते हैं।

वाल्वों की समान संख्या वाले ओएचवी इंजनों की तुलना में, ओएचसी इंजन में कम पारस्परिक घटक और कम वाल्व अवलि जड़ता होती है। ओएचसी इंजनों में यह कम जड़ता के परिणामस्वरूप उच्च इंजन गति (आरपीएम) पर कम वाल्व प्रवर्तन होता है। एक ऋणात्मक पक्ष यह है कि कैंषफ़्ट (सामान्यतः आधुनिक इंजनों में एक समय श्रृंखला) को चलाने के लिए उपयोग की जाने वाली प्रणाली ओएचसी इंजन में अधिक जटिल होती है। ओएचसी इंजनों की एक हानि यह है कि इंजन की संशोधन के समय सिलेंडर शीर्ष को हटाने की आवश्यकता होती है, कैंषफ़्ट इंजन समय को पुनः समायोजन करने की आवश्यकता होती है।

ओएचसी इंजनों का अन्य मुख्य लाभ यह है कि अन्तर्ग्राही और निकास पोर्टों के आकार, स्थान और आकार को अनुकूलित करने के लिए अधिक नम्यता है, क्योंकि इसमें कोई पुशरोड नहीं हैं जिनसे बचने की आवश्यकता है। यह इंजन के माध्यम से गैस प्रवाह में संशोधन करते है, विद्युत उत्पादन और ईंधन दक्षता में वृद्धि करते है।

एकल शिरोपरि कैंषफ़्ट (एसओएचसी)
शिरोपरि कैंषफ़्ट इंजन का सबसे प्राचीन संस्थिति एकल शिरोपरि कैंषफ़्ट (एसओएचसी) डिज़ाइन है। एसओएचसी इंजन में सिलेंडरों के प्रति बैंक में एक कैंषफ़्ट होता है, इसलिए प्रत्यक्ष इंजन में कुल एक कैंषफ़्ट होता है और वी इंजन या समतल इंजन में कुल दो कैमशाफ़्ट होते हैं (प्रत्येक सिलेंडर बैंक के लिए एक)।

अधिकांश एसओएचसी इंजनों में प्रति सिलेंडर दो वाल्व होते हैं। कैंषफ़्ट की गति को सामान्यतः या तो प्रत्यक्ष (टैपेट का उपयोग करके) या परोक्ष रूप से संदोलक भुजा के माध्यम से वाल्वों में स्थानांतरित किया जाता है।

युग्म शिरोपरि कैंषफ़्ट (डीओएचसी)
एक युग्म शिरोपरि कैम, द्वैत शिरोपरि कैम, या युगल-कैम इंजन में सिलेंडर शीर्ष के प्रति बैंक में दो कैमशाफ्ट होते हैं, अन्तर्ग्राही वाल्व के लिए और दूसरा निकास वाल्व के लिए। इसलिए प्रत्यक्ष इंजन के लिए दो कैंषफ़्ट होते हैं और वी इंजन या एक समतल इंजन के लिए कुल चार कैमशाफ़्ट होते हैं।

एक वी इंजन या समतल इंजन को डीओएचसी इंजन के रूप में काम करने के लिए चार कैंषफ़्ट की आवश्यकता होती है, क्योंकि कुल मिलाकर दो कैंषफ़्ट होने से इन इंजन अभिन्यास के लिए प्रति सिलेंडर बैंक में मात्र एक कैंषफ़्ट होगा। चार कैंषफ़्ट वाले कुछ वी इंजनों को चतुष्क-कैम इंजन के रूप में विपणन किया गया है, यद्यपि तकनीकी रूप से चतुष्क-कैम के लिए चार कैमशाफ्ट प्रति सिलेंडर बैंक (अर्थात कुल आठ कैमशाफ्ट) की आवश्यकता होगी, इसलिए ये इंजन मात्र युग्म शिरोपरि कैमशाफ्ट इंजन हैं।

अधिकांश डीओएचसी इंजनों में प्रति सिलेंडर चार वाल्व होते हैं। कैंषफ़्ट सामान्यतः प्रत्यक्ष बकेट चूड़ीदार के माध्यम से वाल्वों को संचालित करते है। डीओएचसी डिजाइन एसओएचसी इंजनों की तुलना में अन्तर्ग्राही और निकास वाल्वों के बीच व्यापक कोण की अनुमति देता है, जो इंजन के माध्यम से वायु-ईंधन मिश्रण के प्रवाह में संशोधन करते है। एक और लाभ यह है कि स्पार्क प्लग को इष्टतम स्थान पर रखा जा सकता है, जिससे दहन दक्षता में संशोधन होता है।

समय क्रम बेल्ट / समय क्रम चेन
कैंषफ़्ट का घूर्णन क्रैंकशाफ्ट द्वारा संचालित होता है। 21वीं शताब्दी के कई इंजन कैंषफ़्ट को चलाने के लिए रबर और मात्रर से बने दांतेदार समय क्रम बेल्ट का उपयोग करते हैं। समय क्रम बेल्ट अल्पमूल्य हैं, न्यूनतम रव उत्पन्न करती हैं और स्नेहन की कोई आवश्यकता नहीं होती है। समय क्रम बेल्ट की एक हानि बेल्ट के नियमित प्रतिस्थापन की आवश्यकता है;  अनुशंसित बेल्ट जीवन सामान्यतः लगभग 50000 - 100000 km के बीच भिन्न होते है।   यदि समय क्रम बेल्ट को समय पर नहीं बदला जाता है और विफल हो जाता है और इंजन एक अंतःक्षेप इंजन है, तो इंजन की बड़ी क्षति संभव है।

शिरोपरि कैंषफ़्ट को चलाने के लिए समय क्रम बेल्ट का पहला ज्ञात ऑटोमोटिव अनुप्रयोग संयुक्त राज्य अमेरिका में एससीसीए एच-संशोधित तीव्र गति श्रृंखला के लिए निर्मित 1953 डेविन-पन्हर्ड तीव्र गति विशेष था। ये इंजन पैनहार्ड ओएचवी समतल- युगल इंजनों पर आधारित थे, जिन्हें नॉर्टन मोटरसाइकिल इंजनों के घटकों का उपयोग करके एसओएचसी इंजनों में परिवर्तित किया गया था। समय क्रम बेल्ट का उपयोग करने वाली पहली उत्पादन कार 1962 ग्लास 1004 सघन कूप थी।

आधुनिक इंजनों में सामान्यतः उपयोग की जाने वाली अन्य कैंषफ़्ट चालन विधि एक समय श्रृंखला है, जो धातु रोलर चेन की एक या दो पंक्तियों से निर्मित होती है। 1960 के दशक के प्रारंभ तक अधिकांश उत्पादन ऑटोमोबाइल शिरोपरि कैंषफ़्ट डिज़ाइनों ने कैंषफ़्ट (ओं) को चलाने के लिए चेन का उपयोग किया। समय क्रम चेन को सामान्यतः नियमित अंतराल पर बदलने की आवश्यकता नहीं होती है, यद्यपि हानि यह है कि वे समय क्रम बेल्ट की तुलना में अधिक रव करती हैं।

संचरण अवलि
क्रैंकशाफ्ट और कैंषफ़्ट के बीच एक संचरण अवलि प्रणाली का उपयोग सामान्यतः भारी ट्रकों में उपयोग होने वाले डीजल शिरोपरि कैंषफ़्ट इंजनों में किया जाता है। हल्के ट्रकों या ऑटोमोबाइल के इंजनों में सामान्यतः संचरण अवलि का उपयोग नहीं किया जाता है।

अन्य कैंषफ़्ट चालन प्रणाली
1950 के दशक तक कई ओएचसी इंजन कैंषफ़्ट को चलाने के लिए बेवल गियर वाले शाफ्ट का उपयोग करते थे। उदाहरणों में 1908-1911 मौडस्ले मोटर कंपनी|मौडस्ले 25/30, बेंटले 3 लीटर, 1917-? लिबर्टी एल -12, 1929-1932 एमजी एम-प्रकार, 1925-1948 वेलोकेट 'के' शृंखला, 1931-1957 नॉर्टन इंटरनेशनल और 1947-1962 नॉर्टन मैनक्स सम्मिलित हैं। वर्तमान दिनों में, 1950-1974 डुकाटी एकल, 1973-1980 डुकाटी एल- युगल इंजन, 1999-2007 कावासाकी W650 और 2011-2016 कावासाकी W800 मोटरसाइकिल इंजन में बेवेल शाफ्ट का उपयोग किया गया है। क्रॉसली चार सिलेंडर 1946 से 1952 तक कैंषफ़्ट को चलाने के लिए शाफ्ट टॉवर डिज़ाइन का उपयोग करने वाला अंतिम ऑटोमोटिव इंजन था; क्रॉस्ले इंजन प्रारूप के अधिकार कुछ अलग कंपनियों द्वारा खरीदे गए थे, जिनमें 1952 में जनरल टायर, इसके बाद 1955 में फेजोल, 1959 में क्रॉफ्टन, 1961 में होमलाइट और 1966 में फिशर पियर्स सम्मिलित थे, जब क्रॉस्ले ने ऑटोमोटिव कारखाने के द्वार संवृत कर दिए थे, और वे कई और वर्षों तक उसी इंजन का उत्पादन करते रहे।

यूनाइटेड किंगडम में निर्मित 1920-1923 लीलैंड आठ लक्ज़री कार में समानांतर में क्रैंक और रॉड के तीन समूहों का उपयोग करते हुए एक कैंषफ़्ट चालन का उपयोग किया गया था। इसी प्रकार की प्रणाली का उपयोग 1926-1930 बेंटले स्पीड सिक्स और 1930-1932 बेंटले 8 लीटर में किया गया था। 1958-1973 एनएसयू प्रिंज़ के कई मॉडलों द्वारा दोनों सिरों पर प्रतिसंतुलन के साथ एक दो-रॉड प्रणाली का उपयोग किया गया था।

1900-1914
पहले शिरोपरि कैंषफ़्ट इंजनों में यूनाइटेड किंगडम में निर्मित 1902 मौडस्ले मोटर कंपनी एसओएचसी इंजन  और संयुक्त राज्य अमेरिका में निर्मित 1903 मारर ऑटो कार (ऑटोमोबाइल) एसओएचसी इंजन थे।  पहला डीओएचसी इंजन एक प्यूज़ो समरेखीय- चार तीव्र गति इंजन था जिसने 1913 फ्रेंच ग्रैंड प्रिक्स जीतने वाली कार को संचालित किया। डीओएचसी इंजन के साथ अन्य प्यूज़ो ने 1913 फ्रेंच ग्रांड प्रिक्स जीता, उसके बाद एसओएचसी इंजन के साथ मर्सिडीज-बेंज 18/100 जीपी ने 1914 फ्रेंच ग्रैंड प्रिक्स जीता।

1910-1914 में इटली में निर्मित आइसोटा फ्रासचिनी प्रकार के.एम एसओएचसी इंजन का उपयोग करने वाली पहली उत्पादन कारों में से एक थी।

प्रथम विश्व युद्ध
प्रथम विश्व युद्ध के समय, प्रथम विश्व युद्ध के सहयोगी और केंद्रीय शक्तियाँ; विशेष रूप से जर्मन साम्राज्य की लूफ़्टस्ट्रेइटक्राफ़्टे वायु सेना, ने सैन्य विमान इंजनों के लिए मोटर तीव्र गति इंजनों की शिरोपरि कैंषफ़्ट तकनीक को शीघ्रता से लागू करने की मांग की। मर्सिडीज 18/100 जीपी कार (जिसने 1914 फ्रेंच ग्रैंड प्रिक्स जीता) से एसओएचसी इंजन मर्सिडीज और रोल्स-रॉयस के विमान इंजन दोनों के लिए प्रारंभिक बिंदु बन गया। मर्सिडीज ने छह-सिलेंडर इंजनों की एक श्रृंखला बनाई, जिसका समापन मर्सिडीज डी.III में हुआ। रोल्स-रॉयस ने युद्ध की प्रारंभ में इंग्लैंड में छोड़ी गई तीव्र गति कार के आधार पर मर्सिडीज सिलेंडर शीर्ष डिज़ाइन को उल्टा-इंजीनियर किया, जिससे रोल्स-रॉयस ईगल वी12 इंजन का निर्माण हुआ। अन्य एसओएचसी डिज़ाइनों में स्पैनिश हिस्पानो-स्विट्जरलैंड वी8 इंजन (पूर्ण रूप से संलग्न-ड्राइवट्रेन के साथ), अमेरिकन लिबर्टी एल 12 वी12 इंजन सम्मिलित था, जो बाद में मर्सिडीज डी.IIIए डिज़ाइन के आंशिक रूप से अनावृत एसओएचसी वाल्वअवलि डिज़ाइन का अनुसरण करता था; और मैक्स फ्रीज़-डिज़ाइन किया गया; जर्मन बीएमडब्ल्यू IIIए स्ट्रेट-सिक्स इंजन। डीओएचसी नेपियर लायन डब्ल्यू12 इंजन ग्रेट ब्रिटेन में 1918 में बनाया गया था।

इनमें से अधिकांश इंजन इंजन के शीर्ष पर क्रैंकशाफ्ट से कैंषफ़्ट तक चालन को स्थानांतरित करने के लिए शाफ्ट का उपयोग करते थे। बड़े विमान इंजन- विशेष रूप से वायुशीतलित इंजन- ने अत्यधिक तापीय विस्तार का अनुभव किया, जिससे सिलेंडर कक्ष की ऊंचाई परिचालन स्थितियों के समय भिन्न हो गई। इस विस्तार ने पुशरॉड इंजनों के लिए कठिनाइयों का कारण बना, इसलिए शिरोपरि कैमशाफ्ट इंजन इस विस्तार की अनुमति देने के लिए सर्पण स्पलाइन के साथ शाफ्ट चालन का उपयोग करना सबसे सरल विधि थी। ये बेवल शाफ्ट सामान्यतः कक्ष के बाहर एक बाहरी ट्यूब में होते थे, और टॉवर शाफ्ट के रूप में जाने जाते थे।

1919–1944
प्रारंभिक अमेरिकी शिरोपरि कैंषफ़्ट उत्पादन इंजन एसओएचसी स्ट्रेट-आठ इंजन था जिसका उपयोग 1921-1926 के ड्यूसेनबर्ग मॉडल ए लक्ज़री कार में किया गया था। 1926 में, सनबीम 3 लीटर सुपर स्पोर्ट्स डीओएचसी इंजन का उपयोग करने वाली पहली उत्पादन कार बन गई। संयुक्त राज्य अमेरिका में, ड्यूसेनबर्ग ने 1928 में ड्यूसेनबर्ग मॉडल जे के निस्तार के साथ डीओएचसी इंजन (अपने स्थित एसओएचसी इंजन के साथ) जोड़ा, जो डीओएचसी प्रत्यक्ष-आठ इंजन द्वारा संचालित था। 1931–1935 स्टुट्ज़ डीवी32 डीओएचसी इंजन का उपयोग करने वाली एक और प्रारंभिक अमेरिकी लग्जरी कार थी। इसके अतिरिक्त संयुक्त राज्य अमेरिका में, डीओएचसी ऑफ़ेनहॉज़र तीव्र गति इंजन को 1933 में प्रस्तुत किया गया था। यह समरेखीय-चार इंजन 1934 से 1970 के दशक तक उत्तरी अमेरिकी ओपन-व्हील तीव्र गति पर प्रभुत्व रहा।

अन्य प्रारंभिक एसओएचसी ऑटोमोटिव इंजन 1920-1923 वॉल्स्ले टेन,1928-1931 एमजी 18/80, सिंगर जूनियर और 1928-1929 अल्फा रोमियो 6सी स्पोर्ट थे। प्रारंभिक शिरोपरि कैंषफ़्ट मोटरसाइकिलों में 1925-1949 वेलोकेट 'के' शृंखला और 1927-1939 नॉर्टन सीएस1 सम्मिलित थे।

1945-वर्तमान
1946-1948 क्रॉस्ले सीसी चार विवादास्पद रूप से एसओएचसी इंजन का उपयोग करने वाली पहली अमेरिकी बड़े पैमाने पर उत्पादित कार थी। इस छोटे से बड़े पैमाने पर उत्पादन इंजन ने 1950 के 12 घंटे की सेबिंग के विजेता को शक्ति प्रदान की।

द्वितीय विश्व युद्ध के बाद स्पोर्ट्स कारों से प्रारंभ करते हुए डीओएचसी संस्थिति का उपयोग धीरे-धीरे बढ़ा। इस अवधि के प्रतिष्ठित डीओएचसी इंजनों में 1948-1959 लागोंडा स्ट्रेट -6 इंजन, 1949-1992 जगुआर एक्सके इंजन स्ट्रेट-सिक्स इंजन और 1954-1994 अल्फा रोमियो युगल कैम इंजन समरेखीय-चार इंजन सम्मिलित हैं। 1966-2000 फिएट युगल कैम इंजन समरेखीय- चार इंजन समय क्रम चेन के अतिरिक्त दांतेदार समय क्रम बेल्ट का उपयोग करने वाले पहले डीओएचसी इंजनों में से एक था।

1980 के दशक में, जापानी निर्माताओं के साथ प्रारंभ करते हुए, मुख्यधारा के वाहनों में ईंधन की खपत और निकास उत्सर्जन को कम करते हुए बढ़े हुए निष्पादन की आवश्यकता ने डीओएचसी इंजनों के बढ़ते उपयोग को देखा। 2000 के दशक के मध्य तक, अधिकांश ऑटोमोटिव इंजनों ने डीओएचसी अभिन्यास का उपयोग किया।

यह भी देखें

 * कैम-इन-कक्ष
 * कैमलेस
 * शिरोपरि वाल्व इंजन
 * चर वाल्व समय