इंजन दक्षता

थर्मल इंजन  की इंजन दक्षता  ईंधन  में निहित कुल  ऊर्जा  और उपयोगी कार्य करने के लिए उपयोग की जाने वाली ऊर्जा की मात्रा के बीच का संबंध है। थर्मल इंजन के दो वर्गीकरण हैं-
 * 1) आंतरिक दहन ( ओटो चक्र,  डीजल चक्र  और गैस टरबाइन- ब्रेटन चक्र  इंजन) और
 * 2)  बाहरी दहन इंजन  (भाप इंजन, भाप टरबाइन और  स्टर्लिंग चक्र  इंजन)।

इनमें से प्रत्येक इंजन में तापीय दक्षता विशेषताएँ होती हैं जो इसके लिए अद्वितीय होती हैं।

इंजन दक्षता, ट्रांसमिशन डिज़ाइन और टायर डिज़ाइन सभी वाहन की ईंधन दक्षता  में योगदान करते हैं।

गणितीय परिभाषा
एक इंजन की दक्षता को प्रदान किए गए ताप के लिए किए गए उपयोगी कार्य के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है।


 * $$\eta = \frac{ \mathrm{work\ done} } {\mathrm{heat\ absorbed}} = \frac{ Q_1-Q_2 }{ Q_1}$$

कहाँ पे, $$Q_1$$ गर्मी अवशोषित है और $$Q_1-Q_2$$ किया गया कार्य है।

कृपया ध्यान दें कि किया गया कार्य क्लच या ड्राइवशाफ्ट पर दी गई शक्ति से संबंधित है।

इसका मतलब है कि थर्मोडायनामिक विस्तार द्वारा किए गए कार्य से घर्षण और अन्य नुकसान घटाए जाते हैं। इस प्रकार एक इंजन जो बाहरी वातावरण में कोई कार्य नहीं कर रहा है उसकी दक्षता शून्य है।

संपीड़न अनुपात
आंतरिक दहन इंजन की दक्षता कई कारकों पर निर्भर करती है, जिनमें से सबसे महत्वपूर्ण विस्तार अनुपात है। किसी भी ऊष्मा इंजन के लिए जो कार्य उससे निकाला जा सकता है, वह विस्तार चरण के दौरान शुरुआती दबाव और अंतिम दबाव के बीच के अंतर के समानुपाती होता है। इसलिए, शुरुआती दबाव को बढ़ाना निकाले गए काम को बढ़ाने का एक प्रभावी तरीका है (समाप्ति के दबाव को कम करना, जैसा कि भाप टर्बाइनों के साथ एक निर्वात में समाप्त हो जाता है, वैसे ही प्रभावी होता है)।

एक विशिष्ट पेट्रोल इंजन  | गैसोलीन (पेट्रोल) का विस्तार अनुपात (विशुद्ध रूप से यांत्रिक भागों की ज्यामिति से गणना) 10: 1 ( ऑक्टेन रेटिंग ) या 9: 1 (नियमित ईंधन) है, कुछ इंजन 12 के अनुपात तक पहुंचते हैं: 1 या अधिक। विस्तार अनुपात जितना अधिक होगा, सिद्धांत रूप में इंजन उतना ही अधिक कुशल होगा, और सिद्धांत रूप में उच्च संपीड़न/विस्तार-अनुपात पारंपरिक इंजनों को उच्च ऑक्टेन रेटिंग मूल्य वाले गैसोलीन की आवश्यकता होगी, हालांकि यह सरलीकृत विश्लेषण वास्तविक और ज्यामितीय संपीड़न अनुपात के बीच के अंतर से जटिल है। उच्च ऑक्टेन मान उच्च संपीड़न/उच्च ताप स्थितियों में ईंधन की लगभग तुरंत जलने की प्रवृत्ति को रोकता है (इंजन दस्तक के रूप में जाना जाता है)। हालांकि, बहुत उच्च संपीड़न अनुपात (14-25: 1) के माध्यम से स्पार्क इग्निशन के बजाय संपीड़न का उपयोग करने वाले इंजनों में, जैसे  डीजल इंजन  या  बॉर्के इंजन, उच्च ऑक्टेन ईंधन आवश्यक नहीं है। वास्तव में, निम्न-ऑक्टेन ईंधन, आमतौर पर सीटेन संख्या द्वारा रेट किए गए, इन अनुप्रयोगों में बेहतर होते हैं क्योंकि वे संपीड़न के तहत अधिक आसानी से प्रज्वलित होते हैं।

आंशिक थ्रॉटल स्थितियों के तहत (यानी जब थ्रॉटल पूरी तरह से खुले से कम होता है), प्रभावी संपीड़न अनुपात कम होता है जब इंजन पूर्ण थ्रॉटल पर काम कर रहा होता है, साधारण तथ्य के कारण आने वाली ईंधन-वायु मिश्रण प्रतिबंधित किया जा रहा है और भर नहीं सकता है पूर्ण वायुमंडलीय दबाव के लिए कक्ष। जब इंजन फुल थ्रॉटल पर काम कर रहा होता है तो इंजन की दक्षता कम होती है। इस मुद्दे का एक समाधान बहु-सिलेंडर इंजन में लोड को कुछ सिलेंडरों से (उन्हें निष्क्रिय करके) शेष सिलेंडरों में स्थानांतरित करना है ताकि वे उच्च व्यक्तिगत भार के तहत काम कर सकें और तदनुसार उच्च प्रभावी संपीड़न अनुपात के साथ काम कर सकें। इस तकनीक को परिवर्ती विस्थापन के रूप में जाना जाता है।

अधिकांश पेट्रोल (गैसोलीन, ओटो चक्र) और डीजल (डीजल चक्र) इंजनों का विस्तार अनुपात संपीड़न अनुपात के बराबर होता है। कुछ इंजन, जो एटकिंसन चक्र  या  मिलर चक्र  का उपयोग करते हैं, संपीड़न अनुपात से बड़ा विस्तार अनुपात होने से बढ़ी हुई दक्षता प्राप्त करते हैं।

डीजल इंजन का संपीड़न/विस्तार अनुपात 14:1 से 25:1 के बीच होता है। इस मामले में उच्च संपीड़न से उच्च दक्षता का सामान्य नियम लागू नहीं होता है क्योंकि 20:1 से अधिक संपीड़न अनुपात वाले डीजल डीजल इंजन हैं (प्रत्यक्ष इंजेक्शन के विपरीत)। ये ऑटोमोबाइल/कारों और हल्के ट्रकों में आवश्यक उच्च RPM ऑपरेशन को संभव बनाने के लिए प्रीचैम्बर का उपयोग करते हैं। प्रीचैंबर से थर्मल और गैस डायनेमिक नुकसान के परिणामस्वरूप प्रत्यक्ष इंजेक्शन डीजल (उनके कम संपीड़न/विस्तार अनुपात के बावजूद) अधिक कुशल होते हैं।

घर्षण
एक इंजन में कई गतिमान पुर्जे होते हैं जो घर्षण उत्पन्न करते हैं। इनमें से कुछ घर्षण बल स्थिर रहते हैं (जब तक लागू भार स्थिर रहता है); इंजन की गति बढ़ने पर इनमें से कुछ घर्षण नुकसान बढ़ जाते हैं, जैसे कि पिस्टन साइड फोर्स और कनेक्टिंग बियरिंग फोर्स (ऑसिलेटिंग पिस्टन से बढ़ी हुई जड़ता  बलों के कारण)। उच्च गति पर कुछ घर्षण बल कम हो जाते हैं, जैसे कि  कैंषफ़्ट  के लोब पर घर्षण बल  चार स्ट्रोक चक्र इंजन वाल्व  को संचालित करने के लिए उपयोग किया जाता है (उच्च गति पर वाल्व की जड़ता कैम फॉलोअर को कैम लोब से दूर खींचती है)। घर्षण बलों के साथ, एक ऑपरेटिंग इंजन में पंपिंग लॉस होता है, जो कि सिलेंडर में हवा को अंदर और बाहर ले जाने के लिए आवश्यक कार्य है। यह पंपिंग नुकसान कम गति पर न्यूनतम है, लेकिन गति के वर्ग के रूप में लगभग बढ़ जाता है, जब तक कि रेटेड शक्ति पर एक इंजन घर्षण और पंपिंग घाटे को दूर करने के लिए कुल बिजली उत्पादन का लगभग 20% उपयोग कर रहा हो।

ऑक्सीजन
पृथ्वी का वातावरण लगभग 21% ऑक्सीजन है। यदि उचित दहन के लिए पर्याप्त ऑक्सीजन नहीं है, तो ईंधन पूरी तरह से नहीं जलेगा और कम ऊर्जा पैदा करेगा। वायु अनुपात में अत्यधिक समृद्ध ईंधन इंजन से असंतुलित हाइड्रोकार्बन प्रदूषकों को बढ़ाएगा। यदि बहुत अधिक ईंधन होने के कारण सभी ऑक्सीजन की खपत हो जाती है, तो इंजन की शक्ति कम हो जाती है।

ज्यों-ज्यों दहन का तापमान कम ईंधन वाले हवा के मिश्रण के साथ बढ़ता जाता है, वैसे-वैसे अधजले हाइड्रोकार्बन प्रदूषकों को नाइट्रोजन ऑक्साइड (एनओएक्स) जैसे वायु प्रदूषण के उच्च स्तरों के खिलाफ संतुलित किया जाना चाहिए, जो उच्च दहन तापमान पर बनते हैं। बाष्पीकरणीय शीतलन के माध्यम से आने वाली हवा को ठंडा करने के लिए दहन कक्ष के अपस्ट्रीम में ईंधन की शुरुआत करके इसे कभी-कभी कम किया जाता है। यह सिलेंडर में प्रवेश करने वाले कुल चार्ज को बढ़ा सकता है (चूंकि ठंडी हवा अधिक सघन होगी), जिसके परिणामस्वरूप अधिक शक्ति होगी, लेकिन हाइड्रोकार्बन प्रदूषकों के उच्च स्तर और नाइट्रोजन ऑक्साइड प्रदूषकों के निम्न स्तर भी होंगे। प्रत्यक्ष इंजेक्शन के साथ यह प्रभाव उतना नाटकीय नहीं है, लेकिन यह कुछ प्रदूषकों जैसे नाइट्रोजन ऑक्साइड (एनओएक्स) को कम करने के लिए दहन कक्ष को पर्याप्त रूप से ठंडा कर सकता है, जबकि आंशिक रूप से विघटित हाइड्रोकार्बन जैसे अन्य को ऊपर उठाता है।

वायु-ईंधन मिश्रण एक इंजन में खींचा जाता है क्योंकि पिस्टन की नीचे की ओर गति एक आंशिक निर्वात को प्रेरित करती है। अधिक बिजली का उत्पादन करने के लिए सिलेंडर में एक बड़े चार्ज (मजबूर प्रेरण) को मजबूर करने के लिए एक गैस कंप्रेसर  का अतिरिक्त उपयोग किया जा सकता है। कंप्रेसर या तो यांत्रिक रूप से संचालित  सुपरचार्जिंग  या निकास संचालित  टर्बोचार्जिंग  है। किसी भी तरह से, मजबूर प्रेरण सिलेंडर इनलेट पोर्ट के बाहर हवा के दबाव को बढ़ाता है।

इंजन के अंदर उपलब्ध ऑक्सीजन की मात्रा बढ़ाने के अन्य तरीके हैं; उनमें से एक, नाइट्रस ऑक्साइड  इंजेक्ट करना है, (एन2O) मिश्रण के लिए, और कुछ इंजन  नाईट्रोमीथेन  का उपयोग करते हैं, एक ईंधन जो स्वयं ऑक्सीजन प्रदान करता है जिसे इसे जलाने की आवश्यकता होती है। उसके कारण, मिश्रण ईंधन का 1 भाग और हवा के 3 भाग हो सकता है; इस प्रकार, इंजन के अंदर अधिक ईंधन जलाना और उच्च शक्ति आउटपुट प्राप्त करना संभव है।

प्रत्यागामी इंजन
बेकार में घूमने वाले इंजनों में कम तापीय दक्षता होती है क्योंकि इंजन से निकलने वाला एकमात्र प्रयोग करने योग्य काम जनरेटर से होता है।

कम गति पर, गैसोलीन इंजन उच्च अशांति और घर्षण (सिर) हानि से छोटे थ्रॉटल के उद्घाटन पर दक्षता हानि का सामना करते हैं, जब आने वाली हवा को लगभग बंद थ्रॉटल (पंप नुकसान) के आसपास अपना रास्ता लड़ना चाहिए; डीजल इंजनों को इस नुकसान का सामना नहीं करना पड़ता है क्योंकि आने वाली हवा को थ्रॉटल नहीं किया जाता है, लेकिन कम मात्रा में बिजली उत्पादन के लिए हवा को संपीड़ित करने के लिए पूरे चार्ज के उपयोग के कारण संपीड़न हानि होती है।

उच्च गति पर, दोनों प्रकार के इंजनों में दक्षता पम्पिंग और यांत्रिक घर्षण नुकसान से कम हो जाती है, और कम अवधि जिसके भीतर दहन होता है। उच्च गति के परिणामस्वरूप अधिक ड्रैग भी होता है।

गैसोलीन ( पेट्रोल ) इंजन
आधुनिक गैसोलीन इंजनों की अधिकतम तापीय क्षमता 50% से अधिक होती है, लेकिन कार को चलाने के लिए उपयोग किए जाने पर सड़क कानूनी कारें केवल 20% से 35% होती हैं। दूसरे शब्दों में, भले ही इंजन अधिकतम तापीय दक्षता के अपने बिंदु पर चल रहा हो, खपत किए गए गैसोलीन द्वारा जारी कुल ऊष्मा ऊर्जा का, कुल शक्ति का लगभग 65-80% उपयोगी कार्य में बदले बिना ऊष्मा के रूप में उत्सर्जित होता है, अर्थात मोड़ना क्रैंकशाफ्ट। इस अस्वीकृत गर्मी का लगभग आधा निकास गैसों द्वारा दूर किया जाता है, और आधा सिलेंडर की दीवारों या सिलेंडर सिर के माध्यम से इंजन शीतलन प्रणाली में जाता है, और शीतलन प्रणाली रेडिएटर के माध्यम से वातावरण में पारित किया जाता है। उत्पन्न कुछ कार्य घर्षण, शोर, वायु अशांति के रूप में भी खो जाता है, और इंजन उपकरण और उपकरण जैसे परिसंचरण पंप  और विद्युत  आवर्तित्र  को चालू करने के लिए उपयोग किया जाने वाला कार्य, उपलब्ध ईंधन द्वारा जारी ऊर्जा का लगभग 20-35% ही छोड़ता है। वाहन को स्थानांतरित करने के लिए।

एक गैसोलीन इंजन गैसोलीन और वायु के मिश्रण को जलाता है, जिसमें हवा के लगभग बारह से अठारह भागों (वजन के अनुसार) से लेकर ईंधन के एक भाग (वजन के अनुसार) तक होता है। 14.7:1 वायु/ईंधन अनुपात वाला मिश्रण रससमीकरणमितीय  होता है, अर्थात जब जलाया जाता है, तो 100% ईंधन और ऑक्सीजन की खपत होती है। थोड़े कम ईंधन वाले मिश्रण, जिन्हें  लीन बर्न  कहा जाता है, अधिक कुशल होते हैं।  दहन  एक प्रतिक्रिया है जो ईंधन के साथ गठबंधन करने के लिए हवा की ऑक्सीजन सामग्री का उपयोग करती है, जो कई  हाइड्रोकार्बन  का मिश्रण है, जिसके परिणामस्वरूप जल वाष्प,  कार्बन डाइऑक्साइड  और कभी-कभी  कार्बन मोनोआक्साइड  और आंशिक रूप से जले हुए हाइड्रोकार्बन होते हैं। इसके अलावा, उच्च तापमान पर ऑक्सीजन  नाइट्रोजन  के साथ मिलकर  नाइट्रोजन ऑक्साइड  बनाता है (आमतौर पर NOx के रूप में संदर्भित किया जाता है, क्योंकि यौगिक में ऑक्सीजन परमाणुओं की संख्या भिन्न हो सकती है, इस प्रकार X सबस्क्रिप्ट)। यह मिश्रण, अप्रयुक्त नाइट्रोजन और  वायुमंडलीय रसायन  के साथ, निकास प्रणाली में पाया जाता है।

2008 से 2015 में, GDI ( गैसोलीन डायरेक्ट इंजेक्शन ) ने इस ईंधन प्रणाली से लैस इंजनों की दक्षता को 35% तक बढ़ा दिया। वर्तमान में, 2020 तक, तकनीक विभिन्न प्रकार के वाहनों में उपलब्ध है।

डीजल इंजन
डीजल चक्र का उपयोग करने वाले इंजन आमतौर पर अधिक कुशल होते हैं, हालांकि समान संपीड़न अनुपात में डीजल चक्र स्वयं कम कुशल होता है। चूंकि डीजल इंजन बहुत अधिक संपीड़न अनुपात का उपयोग करते हैं (संपीड़न की गर्मी का उपयोग धीमी गति से जलने वाले डीजल ईंधन  को प्रज्वलित करने के लिए किया जाता है), यह उच्च अनुपात इंजन के भीतर वायु पम्पिंग नुकसान की भरपाई से अधिक है।

आधुनिक टर्बो-डीजल इंजन दक्षता बढ़ाने के लिए इलेक्ट्रॉनिक रूप से नियंत्रित कॉमन-रेल फ्यूल इंजेक्शन का उपयोग करते हैं। ज्यामितीय रूप से परिवर्तनीय टर्बो-चार्जिंग सिस्टम (यद्यपि अधिक रखरखाव) की मदद से यह इंजन के टॉर्क को कम इंजन गति (1,200–1,800 rpm) पर भी बढ़ाता है। MAN B&W डीजल S80ME-C7 जैसे कम गति वाले डीजल इंजनों ने 54.4% की समग्र ऊर्जा रूपांतरण दक्षता  हासिल की है, जो किसी भी एकल-चक्र आंतरिक दहन या  बाहरी दहन  इंजन द्वारा ईंधन का बिजली में उच्चतम रूपांतरण है।  बड़े डीजल ट्रकों, बसों और नई डीजल कारों में इंजन लगभग 45% चरम दक्षता प्राप्त कर सकते हैं।

गैस टर्बाइन
गैस टर्बाइन अधिकतम बिजली उत्पादन में सबसे अधिक कुशल है उसी तरह पारस्परिक इंजन अधिकतम भार पर सबसे अधिक कुशल होते हैं। अंतर यह है कि कम घूर्णी गति पर संपीड़ित हवा का दबाव कम हो जाता है और इस प्रकार थर्मल और ईंधन दक्षता नाटकीय रूप से गिर जाती है। कम बिजली उत्पादन के साथ दक्षता में लगातार गिरावट आती है और कम बिजली की सीमा में बहुत खराब है।

जनरल मोटर्स ने एक बार एक गैस टरबाइन द्वारा संचालित बस का निर्माण किया, लेकिन 1970 के दशक में कच्चे तेल की कीमतों में वृद्धि के कारण इस अवधारणा को छोड़ दिया गया। रोवर (मार्के),  क्रिसलर, और  टोयोटा  ने टर्बाइन संचालित कारों के प्रोटोटाइप भी बनाए, क्रिसलर ने वास्तविक दुनिया के मूल्यांकन के लिए उनमें से एक छोटी प्रोटोटाइप श्रृंखला का निर्माण किया। ड्राइविंग आराम अच्छा था, लेकिन ऊपर बताए गए कारणों से समग्र अर्थव्यवस्था में कमी आई। यही कारण है कि गैस टर्बाइनों का उपयोग स्थायी और चरम शक्ति विद्युत संयंत्रों के लिए किया जा सकता है। इस एप्लिकेशन में वे केवल पूर्ण शक्ति पर या उसके करीब चलते हैं जहां वे कुशल होते हैं या जरूरत न होने पर बंद हो जाते हैं।

गैस टर्बाइनों को शक्ति घनत्व में लाभ होता है - गैस टर्बाइनों का उपयोग भारी बख़्तरबंद वाहनों और बख़्तरबंद टैंकों में इंजन के रूप में और जेट लड़ाकू विमानों में बिजली जनरेटर में किया जाता है।

गैस टरबाइन दक्षता को नकारात्मक रूप से प्रभावित करने वाला एक अन्य कारक परिवेशी वायु तापमान है। बढ़ते तापमान के साथ, अंतर्ग्रहण हवा कम घनी हो जाती है और इसलिए गैस टरबाइन परिवेशी वायु तापमान में वृद्धि के अनुपात में शक्ति हानि का अनुभव करता है। नवीनतम पीढ़ी के गैस टरबाइन इंजनों ने सरल चक्र दहन टरबाइन  में 46% और  संयुक्त चक्र  में उपयोग किए जाने पर 61% की दक्षता हासिल की है।

भाप इंजन

 * यह भी देखें: भाप इंजन#दक्षता
 * यह भी देखें: भाप शक्ति की समयरेखा

पिस्टन इंजन
स्टीम इंजन और टर्बाइन रैंकिन चक्र  पर काम करते हैं, जिसमें व्यावहारिक इंजनों के लिए 63% की अधिकतम  कार्नाट दक्षता  होती है, भाप टर्बाइन पावर प्लांट 40% के मध्य में दक्षता हासिल करने में सक्षम होते हैं।

भाप इंजन की दक्षता मुख्य रूप से भाप के तापमान और दबाव और चरणों या विस्तार की संख्या से संबंधित होती है। ऑपरेटिंग सिद्धांतों की खोज के रूप में स्टीम इंजन की दक्षता में सुधार हुआ, जिससे ऊष्मप्रवैगिकी  के विज्ञान का विकास हुआ। ग्राफ देखें:भाप इंजन दक्षता

शुरुआती भाप इंजनों में बॉयलर को इंजन का हिस्सा माना जाता था। आज उन्हें अलग माना जाता है, इसलिए यह जानना आवश्यक है कि क्या बताई गई दक्षता समग्र है, जिसमें बॉयलर शामिल है, या सिर्फ इंजन।

शुरुआती भाप इंजनों की दक्षता और शक्ति की तुलना कई कारणों से मुश्किल है: 1) कोयले के एक बुशल के लिए कोई मानक वजन नहीं था, जो 82 से 96 पाउंड (37 से 44 किलो) तक कहीं भी हो सकता था। 2) कोयले के लिए कोई मानक ताप मूल्य नहीं था, और शायद ताप मान को मापने का कोई तरीका नहीं था। आज के भाप के कोयले की तुलना में कोयले का ताप मान बहुत अधिक था, जिसमें कभी-कभी 13,500 बीटीयू/पाउंड (31 मेगाजूल/किग्रा) का उल्लेख किया गया था। 3) दक्षता को कर्तव्य के रूप में रिपोर्ट किया गया था, जिसका अर्थ है कि काम उठाने वाले पानी के कितने फुट पाउंड (या न्यूटन-मीटर) का उत्पादन किया गया था, लेकिन यांत्रिक पंपिंग दक्षता ज्ञात नहीं है।

1710 के आसपास थॉमस न्यूकोमेन  द्वारा विकसित पहला पिस्टन भाप इंजन, आधे प्रतिशत (0.5%) से थोड़ा अधिक कुशल था। यह लोड द्वारा सिलेंडर में खींचे गए वायुमंडलीय दबाव के पास भाप से संचालित होता है, फिर ठंडे पानी के एक स्प्रे द्वारा भाप से भरे सिलेंडर में संघनित होता है, जिससे सिलेंडर में आंशिक वैक्यूम होता है और वातावरण का दबाव पिस्टन को नीचे ले जाता है। सिलेंडर को बर्तन के रूप में उपयोग करना जिसमें भाप को संघनित करना भी सिलेंडर को ठंडा करता है, जिससे अगले चक्र पर आने वाली भाप में कुछ गर्मी सिलेंडर को गर्म करने में खो जाती है, जिससे थर्मल दक्षता कम हो जाती है। न्यूकॉमन इंजन में  जॉन स्मेटन  द्वारा किए गए सुधारों ने दक्षता को 1% से अधिक बढ़ा दिया।

जेम्स वॉट ने न्यूकमेन वायुमंडलीय इंजन में कई सुधार किए, जिनमें से सबसे महत्वपूर्ण बाहरी संघनित्र था, जिसने ठंडा पानी को सिलेंडर को ठंडा करने से रोका। वाट का इंजन वायुमंडलीय दबाव से थोड़ा ऊपर भाप से संचालित होता था। वाट के सुधारों ने दक्षता में 2.5 गुना से अधिक की वृद्धि की। कुशल यांत्रिकी, मशीन औज़ार ्स और निर्माण विधियों सहित सामान्य यांत्रिक क्षमता की कमी ने लगभग 1840 तक वास्तविक इंजनों की दक्षता और उनके डिजाइन को सीमित कर दिया। उच्च दबाव वाले इंजन ओलिवर इवांस  द्वारा और स्वतंत्र रूप से  रिचर्ड ट्रेविथिक  द्वारा विकसित किए गए थे। ये इंजन बहुत कुशल नहीं थे, लेकिन उच्च शक्ति-से-भार अनुपात था, जिससे उन्हें लोकोमोटिव और नावों को शक्ति देने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता था।

केन्द्रापसारक गवर्नर, जिसका उपयोग पहली बार वाट द्वारा एक स्थिर गति बनाए रखने के लिए किया गया था, इनलेट भाप को थ्रॉटलिंग करके काम किया, जिससे दबाव कम हो गया, जिसके परिणामस्वरूप उच्च (वायुमंडलीय से ऊपर) दबाव इंजनों पर दक्षता का नुकसान हुआ। बाद में नियंत्रण विधियों ने इस दबाव हानि को कम या समाप्त कर दिया।

कॉर्लिस स्टीम इंजन (पेटेंट। 1849) का बेहतर वाल्विंग तंत्र अलग-अलग भार के साथ गति को समायोजित करने में सक्षम था और दक्षता में लगभग 30% की वृद्धि हुई। कॉर्लिस इंजन में इनलेट और एग्जॉस्ट स्टीम के लिए अलग-अलग वॉल्व और हेडर थे, इसलिए हॉट फीड स्टीम ने कभी भी कूलर एग्जॉस्ट पोर्ट और वॉल्विंग से संपर्क नहीं किया। वाल्व तेजी से कार्य कर रहे थे, जिससे भाप के थ्रॉटलिंग की मात्रा कम हो गई और परिणामस्वरूप तेजी से प्रतिक्रिया हुई। थ्रॉटलिंग वाल्व को संचालित करने के बजाय, गवर्नर का उपयोग वाल्व टाइमिंग को समायोजित करने के लिए किया गया था ताकि वेरिएबल स्टीम कट ऑफ दिया जा सके। कॉर्लिस इंजन की दक्षता में वृद्धि के एक बड़े हिस्से के लिए चर कट ऑफ जिम्मेदार था। कॉर्लिस से पहले के अन्य लोगों के पास इस विचार का कम से कम हिस्सा था, जिसमें जकारिया एलन  भी शामिल था, जिन्होंने वेरिएबल कट ऑफ का पेटेंट कराया था, लेकिन मांग में कमी, बढ़ी हुई लागत और जटिलता और खराब विकसित मशीनिंग तकनीक ने कॉर्लिस तक परिचय में देरी की।

पोर्टर-एलेन हाई स्पीड इंजन (सी.ए. 1862) अन्य समान आकार के इंजनों की गति से तीन से पांच गुना अधिक गति से संचालित होता था। उच्च गति ने सिलेंडर में संक्षेपण की मात्रा को कम कर दिया, जिसके परिणामस्वरूप दक्षता में वृद्धि हुई।

यौगिक इंजन ों ने दक्षता में और सुधार किए। 1870 के दशक तक जहाजों पर ट्रिपल विस्तार इंजन का इस्तेमाल किया जा रहा था। कंपाउंड इंजन ने जहाजों को माल ढुलाई से कम कोयला ले जाने की अनुमति दी। कुछ लोकोमोटिव पर कंपाउंड इंजन का इस्तेमाल किया गया था लेकिन उनकी यांत्रिक जटिलता के कारण व्यापक रूप से अपनाया नहीं गया था।

एक बहुत अच्छी तरह से डिजाइन और निर्मित स्टीम लोकोमोटिव अपने सुनहरे दिनों में लगभग 7-8% दक्षता प्राप्त करता था। सबसे कुशल प्रत्यागामी भाप इंजन डिजाइन (प्रति चरण) यूनिफ्लो स्टीम इंजन  था, लेकिन जब तक यह दिखाई दिया तब तक डीजल इंजनों द्वारा भाप को विस्थापित किया जा रहा था, जो और भी अधिक कुशल थे और कोयले से निपटने और तेल के लिए कम श्रम की आवश्यकता का लाभ था, अधिक सघन ईंधन होने के कारण, कम माल विस्थापित हुआ।

"Using statistics collected during the early 1940s, the Santa Fe Railroad measured the efficiency of their fleet of steam locomotives in comparison with the FT units that they were just putting into service in significant numbers. They determined that the cost of a ton of oil fuel used in steam engines was $5.04 and yielded 20.37 train miles system wide on average. Diesel fuel cost $11.61 but produced 133.13 train miles per ton. In effect, diesels ran six times as far as steamers utilizing fuel that cost only twice as much. This was due to the much better thermal efficiency of diesel engines compared to steam. Presumably the trains used as a milage standard were 4,000 ton freight consists which was the normal tannage l (sic) at that time."

भाप टर्बाइन
भाप टर्बाइन सबसे कुशल भाप इंजन है और इस कारण से विद्युत उत्पादन के लिए सार्वभौमिक रूप से उपयोग किया जाता है। टर्बाइन में भाप का विस्तार लगभग निरंतर होता है, जो टर्बाइन को बहुत बड़ी संख्या में विस्तार चरणों के बराबर बनाता है। महत्वपूर्ण बिंदु (ऊष्मप्रवैगिकी) पर काम कर रहे भाप जीवाश्म ईंधन पावर स्टेशन  की दक्षता कम 40% रेंज में है। टर्बाइन प्रत्यक्ष रोटरी गति का उत्पादन करते हैं और कहीं अधिक कॉम्पैक्ट होते हैं और पारस्परिक इंजनों की तुलना में बहुत कम वजन करते हैं और बहुत स्थिर गति के भीतर नियंत्रित किए जा सकते हैं। जैसा कि गैस टर्बाइन के मामले में होता है, भाप टर्बाइन पूर्ण शक्ति पर सबसे अधिक कुशलता से काम करता है, और धीमी गति से खराब होता है। इस कारण से, उनके उच्च शक्ति से वजन अनुपात के बावजूद, भाप टर्बाइनों का मुख्य रूप से उन अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है जहां उन्हें स्थिर गति से चलाया जा सकता है। एसी विद्युत उत्पादन में सही आवृत्ति बनाए रखने के लिए अत्यंत स्थिर टरबाइन गति बनाए रखना आवश्यक है।

स्टर्लिंग इंजन
स्टर्लिंग इंजन में किसी भी थर्मल इंजन की उच्चतम सैद्धांतिक दक्षता होती है, लेकिन इसका उत्पादन शक्ति और भार अनुपात कम होता है, इसलिए व्यावहारिक आकार के स्टर्लिंग इंजन बड़े होते हैं। स्टर्लिंग इंजन का आकार प्रभाव तापमान में वृद्धि के साथ गैस के विस्तार पर निर्भरता और इंजन घटकों के कार्य तापमान पर व्यावहारिक सीमा के कारण होता है। एक आदर्श गैस के लिए, किसी दिए गए आयतन के लिए इसका पूर्ण तापमान बढ़ाना, केवल इसके दबाव को आनुपातिक रूप से बढ़ाता है, इसलिए, जहां स्टर्लिंग इंजन का कम दबाव वायुमंडलीय होता है, इसका व्यावहारिक दबाव अंतर तापमान सीमा से बाधित होता है और आमतौर पर एक जोड़े से अधिक नहीं होता है। वायुमंडल का, स्टर्लिंग इंजन के पिस्टन दबाव को बहुत कम कर देता है, इसलिए उपयोगी आउटपुट पावर प्राप्त करने के लिए अपेक्षाकृत बड़े पिस्टन क्षेत्रों की आवश्यकता होती है।

यह भी देखें

 * क्रिसलर टर्बाइन कार (1963)
 * ईंधन दक्षता
 * विशिष्ट ईंधन की खपत (शाफ्ट इंजन)
 * विशिष्ट आवेग

बाहरी कड़ियाँ

 * Fuel Economy, Engine Efficiency & Power