ओटो इंजन

यह लेख स्थिर इंजन के बारे में है। संबंधित ऊष्मप्रवैगिकी सिद्धांतों की चर्चा के लिए, ओटो चक्र देखें।

ओटो इंजन जर्मन निकोलस ओटो द्वारा डिजाइन किया गया एक बड़ा स्थिर एकल-सिलेंडर आंतरिक दहन इंजन चार स्ट्रोक इंजन था। यह एक कम-आरपीएम मशीन थी, और केवल ओटो चक्र के कारण हर दूसरे स्ट्रोक को निकालती थी, जिसे ओटो द्वारा ही डिजाइन किया गया था।

प्रकार
तीन प्रकार के आंतरिक दहन इंजन जर्मन आविष्कारक निकोलस ओटो और उनके साथी यूजीन लैंगेन द्वारा डिजाइन किए गए थे। मॉडल 1862 के विफल संपीड़न इंजन, 1864 के वायुमंडलीय इंजन और 1876 के ओटो चक्र इंजन थे जिन्हें आज गैसोलीन इंजन के रूप में जाना जाता है। इंजनों को प्रारंभ में अपरिवर्तित संस्थापन के लिए उपयोग किया गया था, क्योंकि ओटो को परिवहन में कोई रूचि नहीं थी। डेमलर जैसे अन्य निर्माताओं ने परिवहन के उपयोग के लिए ओटो इंजन में सुधार किया।

घटनाक्रम
निकोलस अगस्त ओटो एक युवा के रूप में किराने के सामान के प्रयोजन के लिए एक  चल विक्रेता था। अपनी यात्रा के समय उन्हें पेरिस में बेल्जियम के प्रवासी जीन जोसेफ एटियेन लेनोइर द्वारा निर्मित आंतरिक दहन इंजन का सामना करना पड़ा। 1860 में लेनोइर द्वि मुखी बनाने में सफल रहा जो 4% दक्षता पर प्रदीपक गैस पर चलता था। 118 लीटर लेनोइर इंजन केवल 2 अश्वशक्ति का उत्पादन करने में सक्षम था।

1861 में लेनोइर इंजन की प्रतिकृति के परीक्षण में ओटो ईंधन प्रभार पर संपीड़न के प्रभावों से अवगत हो गया। 1862 में ओटो ने लेनोर इंजन की खराब दक्षता और विश्वसनीयता में सुधार के लिए इंजन का उत्पादन करने का प्रयास किया। उन्होंने एक इंजन बनाने का प्रयास किया जो प्रज्वलन से पहले ईंधन मिश्रण को संपीड़ित करेगा, लेकिन विफल रहा, क्योंकि वह इंजन अपने विनाश से पहले कुछ मिनट से ज्यादा नहीं चलेगा। कई इंजीनियर भी इस समस्या को संशोधित करने का प्रयास कर रहे थे, लेकिन उन्हें सफलता नहीं मिली।

1864 में ओटो और यूजेन लैंगेन ने पहली आंतरिक दहन इंजन उत्पादन कंपनी एनए ओटो एंड सी (एनए ओटो एंड कंपनी) की स्थापना की। ओटो और सिए उसी वर्ष एक सफल वायुमंडलीय इंजन बनाने में सफल रहे।

कार्यशाला में जगह खत्म हो गई और 1869 में जर्मनी के देउत्ज़ शहर में स्थानांतरित कर दिया गया, जहाँ कंपनी का नाम बदलकर गैसमोटरन-फैब्रिक ड्यूट्ज़ (गैस इंजन निर्माण कंपनी ड्यूट्ज़) कर दिया गया।

गोटलिब डेमलर तकनीकी निदेशक थे और विल्हेम मेबैक इंजन डिजाइन के प्रमुख थे। डेमलर एक बन्दूक बनाने वाला था जिसने पहले लेनोर इंजन पर भी काम किया था। 1876 तक ओटो और लैंगन पहला आंतरिक दहन इंजन बनाने में सफल रहे, जिसने दहन से पहले ईंधन मिश्रण को इस समय तक बनाए गए किसी भी इंजन की तुलना में कहीं अधिक दक्षता के लिए संपीड़ित किया।

वायुमंडलीय इंजन
वायुमंडलीय इंजन के पहले संस्करण में अधिछिद्रक स्तंभ डिज़ाइन का उपयोग किया गया था जो कि यूजेन लैंगेन का डिज़ाइन था। पिस्टन की रैखिक गति को  घूर्णी गति में परिवर्तित करने के लिए वायुमंडलीय इंजन में रैक और पिनियन का उपयोग करके ऊपर की ओर अपना शक्ति  प्रकुंचन दिया जाता है। इस इंजन का विस्तार अनुपात 1860 के लेनोर इंजन की तुलना में बहुत अधिक प्रभावी था और इसने इंजन को इसकी उत्कृष्ट दक्षता प्रदान की।

लेनोर इंजन एक ऐसा इंजन था जो पहले ईंधन/मिश्रण को संपीड़ित करने के प्रयास किए बिना ईंधन को प्रज्ज्वलित करता था। ओटो/लैंगन वायुमंडलीय इंजन 12% दक्षता पर चला और 80 आरपीएम पर 0.5 अश्वशक्ति (0.37 किलोवाट; 0.51 पीएस) का उत्पादन किया। पेरिस में 1867 के विश्व मेले में प्रतियोगिता में, इसने लेनोर इंजन की दक्षता को आसानी से श्रेष्ठ बना दिया और स्वर्ण पदक जीता, इस प्रकार उत्पादन और विक्रय का मार्ग प्रशस्त किया जिसने अतिरिक्त शोध को वित्त पोषित किया।

पहले संस्करण ने रैक को स्थिर करने के लिए फ्रेम का उपयोग  किया गया था। इसे जल्द ही हटा दिया गया क्योंकि डिजाइन को सरल बनाया गया था।  बाद में इंजनों ने  बहुछिन्न सिलेंडर के साथ भी वितरित किया। वायुमंडलीय इंजन ने गैस आवेश प्रज्वलन प्रणाली का उपयोग किया था और इसे 0.25 से 3 अश्वशक्ति (0.19 से 2.24 किलोवाट; 0.25 से 3.04 पीएस) के उत्पादन आकार में बनाया गया था।

जब 1872 में एन ए ओटो और सीए ने गैसमोटोरेन-फैब्रिक ड्यूज़ के रूप में पुनर्गठित किया, तो प्रबंधन ने ओटो को बाहर करते हुए डेमलर को कारखाना व्यवस्थापक के रूप में चयन किया गया, और डेमलर अगस्त  कंपनी में सम्मिलित हो गए, मेबैक को मुख्य अभिकल्पक के रूप में अपने साथ ले गए। जबकि डेमलर ने उत्पादन में संशोधन करने में कामयाबी प्राप्त की, वायुमंडलीय इंजनों पर डेमलर के सख्त आग्रह के साथ मिलकर ओटो के ऊर्ध्वाधर पिस्टन डिजाइन में दुर्बलता ने कंपनी को गतिरोध की ओर अग्रसर किया।

अपनी सभी व्यावसायिक सफलता के लिए, कंपनी ने 1875 तक एक वर्ष में 634 इंजनों का उत्पादन किया, अपनी सभी व्यावसायिक सफलता के लिए, 1875 तक एक वर्ष में 634 इंजनों का उत्पादन करने वाली कंपनी के साथ, ओटो और लैंगेन इंजन ने तकनीकी गतिरोध निरर्थक था, यह केवल 3 अश्वशक्ति (2.2 किलोवाट; 3.0 पीएस) का उत्पादन करता था, तथापि संचालित करने के लिए 10–13 फीट (3.0–4.0 मीटर) अंतराल की आवश्यकता होती थी। 1882 में, 2,649 इंजनों का उत्पादन करने के बाद, वायुमंडलीय इंजन का उत्पादन बंद कर दिया गया था। इसी साल गोटलिब डेमलर और विल्हेम मेबैक ने कंपनी छोड़ी थी।

ओटो चक्र
14 वर्षों के अनुसंधान और विकास के बाद ओटो 9 मई, 1876 को कंप्रेस्ड आवेश आंतरिक दहन इंजन बनाने में सफल रहा। ओटो ने विस्फोटक फैशन के विपरीत, ईंधन के मिश्रण को सिलेंडर में परत करने का एक तरीका खोजा, जिससे ईंधन प्रगतिशील रूप से जल सके। उन्होंने इसे एक स्तरित या स्तरीकृत आरोप के रूप में संदर्भित किया। इसके परिणामस्वरूप नियंत्रित दहन हुआ और विस्फोट के अतिरिक्त सिलेंडर में पिस्टन का एक लंबा धक्का लगा जिसने पहले प्रयास किए गए सभी इंजनों को नष्ट कर दिया। ईंधन अभी भी कोयला गैस था जैसा कि लेनोइर और उनके अपने वायुमंडलीय इंजनों ने उपयोग किया था।

इस इंजन ने शक्ति के निर्माण में चार चक्रों का उपयोग किया। इसे अब ऑटो चक्र इंजन के रूप में जाना जाता है। यह वही इंजन है जिसे पहली बार 1862 में आजमाया गया था।

ओटो ने 4-स्ट्रोक चक्र पर अपना ध्यान केंद्रित किया, मुख्यतः फ्रांज रिंग्स और हरमन शुम्म के प्रयासों के कारण, जिसे गोटलिब डेमलर द्वारा कंपनी में लाया गया था। यह यह इंजन (ओटो साइलेंट इंजन) है, न कि ओटो और लैंगेन इंजन, जिसे ओटो चक्र संदर्भित करता है। यह इन-सिलेंडर संपीड़न का उपयोग करने वाला पहला व्यावसायिक रूप से सफल इंजन था (जैसा कि 1838 में विलियम बार्नेट (इंजीनियर) द्वारा पेटेंट कराया गया था)। रिंग्स-शुम इंजन 1876 की शरद ऋतु में दिखाई दिया और तुरंत सफल रहा।

संपीड़न इंजन की सिलेंडर व्यवस्था क्षैतिज थी। इसमें गैस लौ प्रज्वलन के साथ एक स्लाइडर वाल्व नियंत्रण सम्मिलित था, जिसने उन समस्याओं पर काबू पा लिया जो लेनोर विद्युत प्रज्वलन से दूर नहीं कर सकते थे जो उस समय अविश्वसनीय थे। ओटो इंजन के विकास से पहले के 15 वर्षों में बिजली उत्पादन कभी भी 3 अश्वशक्ति से अधिक नहीं हुआ। ओटो इंजन के विकसित होने के बाद कुछ वर्षों में इंजन की शक्ति बढ़कर 1000 अश्वशक्ति तक पहुंच गई।

ऑटो चक्र इंजन को अंततः लिग्रोइन और अंततः गैसोलीन और कई गैसों पर चलाने के लिए अपनाया गया था। WWII के समय ओटो इंजन 62 से अधिक विभिन्न ईंधनों पर चलाए गए थे, जैसे कि लकड़ी गैस, कोयला गैस, प्रोपेन, हाइड्रोजन, बेंजीन और कई अन्य। इंजन हल्के ईंधन तक ही सीमित है। इस इंजन का बाद में विकास, जिसे डीजल इंजन के रूप में जाना जाता है, भारी ईंधन और तेल जला सकता है।

कैब्युरटर और कम विद्युत-दाब प्रज्वलन
ड्यूट्ज़ ने 1884 में कार्बोरेटर और एक विश्वसनीय कम विद्युत-दाब ज्वलन प्रणाली भी विकसित किया। इसने पहली बार तरल पेट्रोलियम ईंधन के उपयोग की स्वीकृति दी और परिवहन में इंजन के उपयोग को संभव बनाया। यह काम गोटलिब डेमलर और विल्हेम मेबैक के काम के अनुरूप आयोजित किया गया था, जिन्होंने एक कार्बोरेटर भी विकसित किया था, जिसने डेमलर रीटवेगन पर मूल तप्त नलिका प्रज्वलन को परिवर्तित कर दिया था, और एक चुंबकीय प्रज्वलन प्रणाली जिसने रॉबर्ट बॉश निगम के चुंबकीय का आधार बनाया था। डेमलर ने परिवहन के लिए ओटो के इंजन के विकास को जारी रखा, जबकि डीट्ज ने डीजल इंजनों पर स्विच किया।

पेटेंट (एकस्व) का नुकसान
1886 में, जर्मन पेटेंट कार्यालय ने ड्युट्ज़ पेटेंट को अमान्य कर दिया, जो फ्रेंचमैन अल्फोंस ब्यू डे रोचास द्वारा चार चक्र इंजन के लिए पूर्व पेटेंट की खोज के कारण 1891 तक चला होगा। ड्यूट्ज़ यह दिखाने में असमर्थ था कि उसका स्तरीकृत आवेश प्रवर्तन प्रणाली रोचास पेटेंट में वर्णित के विपरीत था और उसने अपना एकाधिकार नष्ट कर दिया और अपने 25 पेटेंट में से 1 नष्ट कर दिया। 1889 तक 50 से अधिक कंपनियां ओटो डिजाइन इंजन का निर्माण कर रही थीं।

चिनगारी प्लग फायरिंग
चिनगारी को ट्रिगर करने के लिए ओटो इंजन कई अलग-अलग तंत्र डिजाइनों से लैस थे। ओटो चिनगारी प्लग का उपयोग करने वाले पहले इंजनों में से एक है, जो एक ऐसा उपकरण है जो ईंधन आवेश को प्रज्वलित करने के लिए एक छोटी सी बिजली की चिंगारी उत्पन्न करता है। इसमें सामान्य रूप से एक पिवोटिंग ट्रिप-आर्म सम्मिलित होता है जो संक्षेप में एक शक्ति स्विच लीवर को पकड़ लेता है और इसे एक त्वरित पुल देता है। स्विच लीवर को तब छोड़ा जाता है और अगले चक्र की तैयारी के लिए अपनी मूल स्थिति में वापस जाने की स्वीकृति दी जाती है। इस प्रणाली के लिए आधुनिक ऑटोमोबाइल इंजनों के समान बाहरी बिजली की बैटरी, प्रज्वलन का तार और इलेक्ट्रिक आवेशित प्रणाली की आवश्यकता होती है।

बाद में ओटो इंजनों ने सीधे इंजन पर एक छोटा प्रज्वलन चुंबकीय लगाया। स्विच को ट्रिप करने के अतिरिक्त, चिनगारी प्लग फायरिंग आर्म चुंबकीय रोटर पर एक त्वरित घुमाव लागू करता है, जो फिर स्प्रिंग दबाव के अंतर्गत वापस आ जाता है। चुंबकीय कुंडली का यह त्वरित घुमाव एक बहुत ही संक्षिप्त प्रवाह उत्पन्न करता है जो चिनगारी प्लग को प्रज्वलित करता है और ईंधन को प्रज्वलित करता है। इस डिज़ाइन में कोई बाहरी बैटरी की आवश्यकता नहीं होने का लाभ है, और यह है कि कैसे आधुनिक पोर्टेबल गैस इंजन संचालित होते हैं, जिसमें चुंबकीय के चुंबक भाग को चक्का में सम्मिलित किया जाता है। आधुनिक पोर्टेबल इंजन प्रत्येक फ्लाईव्हील घूर्णन के साथ चुंबकीय को उत्तेजित करते हैं, और इसलिए इंजन के शक्ति प्रकुंचन को छोड़कर प्लग फायरिंग को रोकने के लिए एक कैम-संचालित इलेक्ट्रिक स्विच का उपयोग करें (बर्बाद चिनगारी देखें)।

इंजन की गति विनियमन
यह दर्शाता है कि ओटो इंजन में गति विनियमन कैसे काम करता है। कताई गेंदें केन्द्रापसारक गवर्नर हैं, और जैसे ही मशीन धीमी गति से चलती है, छोटा पहिया बाईं ओर चला जाता है, रॉड को पास के रोलर में सम्मिलित करता है और एक क्रांति के लिए इंजन को आग लगाने के लिए ईंधन के सेवन को ट्रिगर करने के लिए इसे ऊपर धकेलता है।

यदि मशीन लोड के अधीन है और फिर भी बहुत धीमी गति से चल रही है, तो कैम लगा रहता है और प्रत्येक प्रज्वलन चक्र के लिए इंजन को बार-बार आग लगाता है। जब इंजन की गति बढ़ जाती है, तो गवर्नर छोटे पहिए को दाईं ओर खींचता है और मशीन बिना किसी ईंधन को इंजेक्ट किए चलती है, हालांकि चिनगारी प्लग सिलेंडर में ईंधन के बिना आग लगाना जारी रखता है।

गति-नियंत्रण की इस विधि को प्रायः हिट या मिस विधि के रूप में संदर्भित किया जाता है क्योंकि इंजन उन शक्ति- प्रकुंचन पर अविस्फोटन (ईंधन-मिश्रण की कमी के कारण) करता है जहां इंजन नियंत्रित गति से तेज चल रहा है, लेकिन हिट करेगा ( आग) शक्ति  प्रकुंचन पर जहां गति बहुत कम है। मिस-फायर प्रकुंचन पर किसी ईंधन का उपयोग नहीं किया जाता है।

सिलेंडर शीतलन
आधुनिक इंजन शीतलन प्रणाली के समान, ओटो इंजन सिलेंडर की दीवार के चारों ओर प्रवाही जलावरण का उपयोग करते हैं। पश्चिमी मिनेसोटा स्टीम थ्रेशर्स रीयूनियन में प्रदर्शन पर स्थिर ओटो इंजन सभी इमारत के बाहर समान बड़े ऊष्मीय विकिरक को साझा करते हैं। यह केन्द्रीकृत अंतरित ऊष्मीय अपव्यय प्रणाली इंजन भवन को ठंडा रखने में भी सहायता करता है।

परिवहन में प्रथम प्रयोग
ओटो और उसके प्रबंधक गोटलिब डेमलर के बीच ओटो इंजन की भविष्य की दिशा को लेकर बड़ी असहमति थी। जबकि ओटो स्थिर अनुप्रयोगों के लिए बड़े इंजनों का उत्पादन करना चाहता था, डेमलर परिवहन में उपयोग किए जाने वाले छोटे इंजनों का उत्पादन करना चाहता था। असहमति की अवधि के बाद डेमलर ने ओटो की नौकरी छोड़ दी और विल्हेम मेबैक को अपने साथ ले गए। 1883 में डेमलर और मेबैक ने एक .5 अश्वशक्ति इंजन बनाया जो छोटा और कुशल था। ओटो द्वारा इंजन डिजाइन पर रखे गए पेटेंट से बचने के लिए, 1862 में ब्यू डी रोचास को जारी किए गए पेटेंट के संबंध में एक ढोंग पाया गया था, उसी वर्ष जब ओटो पहली बार अपना चार चक्र इंजन बनाने में विफल रहा। जो लोग ओटो पेटेंट से ईर्ष्या रखते थे (वहाँ 25 पेटेंट थे) उनका 1 पेटेंट जर्मनी में बड़े पैमाने पर पलट गया था क्योंकि अदालत ओटो के स्तरित आवेश प्रणाली के महत्व को समझने में विफल रही जिसने विस्फोटक दहन की समस्याओं पर काबू पाया जिसने पहले सभी इंजन डिजाइनों को नष्ट कर दिया था।

डेमलर ने हमेशा अपने डिजाइन को एक विस्फोट इंजन के रूप में संदर्भित किया, इसे ओटो के इंजन के विपरीत करने के लिए और ओटो को रॉयल्टी का भुगतान करने से बचने में सक्षम था। 1885 में उन्होंने और मेबैक ने ग्रैंडफादर क्लॉक इंजन नामक एक इंजन बनाया और इसके चारों ओर एक दो-पहिया फ्रेम बनाया। यह पहला ओटो इंजन वाला वाहन बन गया। डेमलर का चौदह वर्षीय बेटा एडॉल्फ इस मोटर चालित साइकिल पर सवार होने वाला पहला व्यक्ति था जो आंतरिक दहन इंजन वाला पहला मोटर वाहन है। 1885 डेमलर/मेबैक पेट्रोलियम रीटवेगन (राइडिंग कार) आंतरिक दहन इंजन का उपयोग करने वाली पहली मोटरसाइकिल (और पहला मोटर वाहन) थी। जबकि ड्यूट्ज़ ने बड़े स्थिर इंजनों का उत्पादन जारी रखा, डेमलर नावों, हवाई जहाजों, इंजनों, ऑटोमोबाइल, ट्रकों और अन्य परिवहन उपयोगों पर चला गया। ड्यूट्ज़ दुनिया का सबसे पुराना इंजन निर्माता है। डेमलर, जो डेमलर बेंज बन गया, दुनिया का सबसे पुराना वाहन निर्माता है।

डेमलर-बेंज ने इस वीडियो को पहले मोटर वाहन के निर्माण की 125वीं वर्षगांठ के लिए तैयार किया था जिसे डेमलर ने पेट्रोलियम रीटवेगन कहा था। यह विशेष रूप से एक गर्म नलिका प्रज्वलन का उपयोग करता था क्योंकि उस युग की विद्युत प्रणालियाँ अविश्वसनीय थीं। यह इंजन ईंधन लिग्रोइन पर चलता था, जैसा कि सभी वाहनों ने वर्ष 1905 के ठीक पहले तक किया था। Daimler और Maybach ने Daimler Motorenwerke Gesellschaft के नाम से जानी जाने वाली एक कंपनी की स्थापना की, जो बाद में Benz के साथ विलय होकर Daimler-Benz बन गई, जिसे Mercedes-Benz के नाम से भी जाना जाता है।

आज ओटो की कंपनी ड्यूट्ज़ दुनिया में भारी शुल्क वाले वाहनों के सबसे बड़े निर्माताओं में से एक है। डेमलर-बेंज दुनिया में लक्जरी ऑटोमोबाइल के सबसे बड़े और सबसे सम्मानित निर्माताओं में से एक है। वस्तुतः दुनिया के सभी ऑटोमोबाइल निर्माता ऑटो चक्र इंजन का उपयोग करके वाहनों का उत्पादन करते हैं जो इतने सर्वव्यापी हैं कि उन्हें आंतरिक-दहन इंजन, गैसोलीन इंजन और चिनगारी-प्रज्वलन इंजन कहा जाता है।

बाहरी संबंध

 * Photograph of Jean Joseph Etienne Lenoir
 * Encyclopædia Britannica article on Etienne Lenoir
 * Thinkquest Otto Engine
 * Otto Museum
 * Nicolaus Otto
 * Photograph of Nicolaus August Otto
 * ड्यूट्ज़ AG
 * History of Otto and Cie
 * The original Otto atmospheric engine running on Youtube
 * An Otto engine with slide valve ignition