ओटो इंजन

This article is about the stationary engine. For a discussion of related thermodynamic principles, see Otto cycle.

File:Otto Engines - WMSTR Montage 2.ogg

यह रोलाग, मिनेसोटा में वेस्टर्न मिनेसोटा स्टीम थ्रेशर्स रीयूनियन (WMSTR) में चल रहे ओटो इंजनों का एक वीडियो असेंबल है। (2min 16sec, 320x240, 340kbit/s वीडियो)

ओटो इंजन जर्मन निकोलस ओटो द्वारा डिजाइन किया गया एक बड़ा स्थिर एकल-सिलेंडर आंतरिक दहन इंजन फोर 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 शुरू में स्थिर प्रतिष्ठानों के लिए इस्तेमाल किया गया था, क्योंकि ओटो को परिवहन में कोई दिलचस्पी नहीं थी। डेमलर जैसे अन्य निर्माताओं ने परिवहन उपयोग के लिए ओटो इंजन को सिद्ध किया।

समयरेखा

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1860 लेनोर इंजन

निकोलस ओटो एक युवा व्यक्ति के रूप में एक किराने की चिंता के लिए एक यात्रा विक्रेता था। अपनी यात्रा में उन्हें पेरिस में बेल्जियम के प्रवासी एटिएन लेनोइर द्वारा निर्मित आंतरिक दहन इंजन का सामना करना पड़ा। 1860 में लेनोइर एक डबल-अभिनय सिलेंडर|डबल-एक्टिंग इंजन बनाने में सफल हुआ जो 4% दक्षता पर रोशन गैस पर चलता था। 18 लीटर एटिने लेनोर#लेनोर इंजन केवल 2 हॉर्स पावर का उत्पादन करने में सक्षम था।

1861 में लेनोइर इंजन की प्रतिकृति के परीक्षण में ओटो को ईंधन चार्ज पर संपीड़न के प्रभावों के बारे में पता चला। 1862 में ओटो ने लेनोर इंजन की खराब दक्षता और विश्वसनीयता में सुधार के लिए एक इंजन का उत्पादन करने का प्रयास किया। उन्होंने एक इंजन बनाने की कोशिश की 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 बिना किसी सफलता के समस्या को हल करने की कोशिश कर रहे थे। 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 सी उसी वर्ष एक सफल वायुमंडलीय इंजन बनाने में सफल रहे।

फैक्ट्री में जगह खत्म हो गई और 1869 में ड्यूट्ज़, कोलोन|ड्यूट्ज़, जर्मनी शहर में स्थानांतरित कर दिया गया, जहां कंपनी का नाम बदलकर ड्युट्ज़ एजी|

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।

File:Enginy Otto-langen 1867.jpg

1867 का ओटो/लैंगन वायुमंडलीय इंजन

1876 ​​तक ओटो और लैंगेन पहला आंतरिक दहन इंजन बनाने में सफल रहे, जिसने इस समय तक बनाए गए किसी भी इंजन की तुलना में कहीं अधिक दक्षता के लिए दहन से पहले ईंधन मिश्रण को संपीड़ित किया।

वायुमंडलीय इंजन

वायुमंडलीय इंजन के पहले संस्करण में एक फ़्लुटेड कॉलम डिज़ाइन का उपयोग किया गया था जो कि यूजेन लैंगेन का डिज़ाइन था। पिस्टन की रेखीय गति को घूर्णी गति में बदलने के लिए वायुमंडलीय इंजन का पावर स्ट्रोक एक रैक और पिनियन का उपयोग करके ऊपर की ओर दिया जाता है। इस इंजन का विस्तार अनुपात 1860 के लेनोर इंजन की तुलना में बहुत अधिक प्रभावी था और इसने इंजन को इसकी बेहतर दक्षता प्रदान की।

लेनोर इंजन एक ऐसा इंजन था जो पहले ईंधन/मिश्रण को संपीड़ित करने की कोशिश किए बिना ईंधन को जलाता था। ओटो/लैंगन वायुमंडलीय इंजन 12% दक्षता पर चला और उत्पादन किया .5 hp (0.37 kW; 0.51 PS) 80 आरपीएम पर। एक्सपोज़िशन यूनिवर्सली (1867) | 1867 वर्ल्ड फेयर इन पेरिस की प्रतियोगिता में, इसने आसानी से लेनोइर इंजन की दक्षता को बेहतर बनाया और स्वर्ण पदक जीता, इस प्रकार उत्पादन और बिक्री का मार्ग प्रशस्त किया जिसने अतिरिक्त शोध को वित्त पोषित किया।

रैक को स्थिर करने के लिए पहले संस्करण में एक फ्रेम का इस्तेमाल किया गया था। यह जल्द ही समाप्त हो गया क्योंकि डिजाइन को सरल बनाया गया था। बाद में इंजनों ने फ़्लूटेड सिलेंडर के साथ भी डिस्पेंस किया। वायुमंडलीय इंजन ने गैस फ्लेम इग्निशन सिस्टम का इस्तेमाल किया था और इसे आउटपुट साइज में बनाया गया था 0.25 to 3 hp (0.19 to 2.24 kW; 0.25 to 3.04 PS).

जब 1872 में N.A. Otto & Cie ने Deutz AG|Gasmotoren-Fabrik Deutz के रूप में पुनर्गठित किया, तो प्रबंधन ने ओटो को दरकिनार करते हुए Daimler को फ़ैक्टरी प्रबंधक के रूप में चुना, और Daimler अगस्त में कंपनी में शामिल हो गए, और Maybach को मुख्य डिज़ाइनर के रूप में अपने साथ ले गए। जबकि डेमलर ने उत्पादन में सुधार करने में कामयाबी हासिल की, ओटो के वर्टिकल पिस्टन डिजाइन में कमजोरी, वायुमंडलीय इंजनों पर डेमलर के जिद्दी आग्रह के साथ मिलकर कंपनी को गतिरोध की ओर ले गई। अपनी सभी व्यावसायिक सफलता के लिए, कंपनी ने 1875 तक एक वर्ष में 634 इंजनों का उत्पादन किया,ओटो और लैंगेन इंजन तकनीकी गतिरोध से टकरा गए थे: यह केवल उत्पादन करता था 3 hp (2.2 kW; 3.0 PS), फिर भी आवश्यक है 10–13 ft (3.0–4.0 m) संचालित करने के लिए हेडरूम।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

स्थिर उपयोग के लिए 1880 के दशक का अमेरिकी ओटो इंजन

14 वर्षों के अनुसंधान और विकास के बाद ओटो 9 मई, 1876 को कंप्रेस्ड चार्ज 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 बजाय 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 इस्तेमाल किया था।

इस इंजन ने शक्ति के निर्माण में चार चक्रों का उपयोग किया। इसे अब ओटो साइकिल 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 शामिल 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 एचपी से अधिक नहीं हुआ। ओटो इंजन के विकसित होने के बाद कुछ वर्षों में इंजन की शक्ति बढ़कर 1000 hp तक पहुंच गई।

ओटो साइकिल इंजन को अंततः लिग्रोइन और अंततः गैसोलीन और कई गैसों पर चलाने के लिए अपनाया गया था। WWII के दौरान 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 वोल्टेज इग्निशन

Deutz ने 1884 में कार्बोरेटर और एक विश्वसनीय लो वोल्टेज ज्वलन प्रणाली भी विकसित किया। इसने पहली बार तरल पेट्रोलियम ईंधन के उपयोग की अनुमति दी और परिवहन में इंजन के उपयोग को संभव बनाया। यह काम गोटलिब डेमलर और विल्हेम मेबैक के काम के समानांतर आयोजित किया गया था, जिन्होंने एक कार्बोरेटर भी विकसित किया था, जिसने डेमलर रीटवेगन पर मूल हॉट ट्यूब इग्निशन को बदल दिया था, और एक मैग्नेटो इग्निशन सिस्टम जिसने रॉबर्ट बॉश जीएमबीएच के मैग्नेटो 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 का नुकसान

1886 में, जर्मन पेटेंट कार्यालय ने ड्युट्ज़ पेटेंट को रद्द कर दिया, जो फ्रेंचमैन अल्फोंस ब्यू डे रोचास द्वारा चार चक्र इंजन के लिए पिछले पेटेंट की खोज के कारण 1891 तक चलेगा। Deutz यह दिखाने में असमर्थ था कि उसका स्तरीकृत चार्ज इंडक्शन सिस्टम Rochas पेटेंट में वर्णित के विपरीत था और उसने अपना एकाधिकार खो दिया और अपने 25 पेटेंट में से 1 खो दिया। 1889 तक 50 से अधिक कंपनियां ओटो डिजाइन इंजन का निर्माण कर रही थीं।

स्थिर इंजन

स्पार्क प्लग फायरिंग

स्पार्किंग को ट्रिगर करने के लिए ओटो इंजन कई अलग-अलग तंत्र डिजाइनों से लैस थे। ओटो स्पार्क प्लग का उपयोग करने वाले पहले इंजनों में से एक है, जो एक ऐसा उपकरण है जो ईंधन चार्ज को प्रज्वलित करने के लिए एक छोटी सी बिजली की चिंगारी पैदा करता है। इसमें आमतौर पर एक पिवोटिंग ट्रिप-आर्म शामिल होता है जो संक्षेप में एक पावर 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 अनुमति दी जाती है। इस प्रणाली के लिए आधुनिक ऑटोमोबाइल इंजनों के समान बाहरी बिजली की बैटरी, इग्निशन का तार और इलेक्ट्रिक चार्जिंग सिस्टम की आवश्यकता होती है।

बाद में ओटो इंजनों ने सीधे इंजन पर एक छोटा इग्निशन मैग्नेटो लगाया। स्विच को ट्रिप करने के बजाय, स्पार्क प्लग फायरिंग आर्म मैग्नेटो रोटर पर एक त्वरित घुमाव लागू करता है, जो फिर वसंत तनाव के तहत वापस आ जाता है। मैग्नेटो कॉइल का यह त्वरित घुमाव एक बहुत ही संक्षिप्त प्रवाह उत्पन्न करता है जो स्पार्क 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 मैग्नेटो के चुंबक भाग को चक्का में शामिल किया जाता है। आधुनिक पोर्टेबल इंजन प्रत्येक फ्लाईव्हील रोटेशन के साथ मैग्नेटो को उत्तेजित करते हैं, और इसलिए इंजन के पावर स्ट्रोक को छोड़कर प्लग फायरिंग को रोकने के लिए एक कैम-संचालित इलेक्ट्रिक स्विच का उपयोग करें (बर्बाद स्पार्क देखें)।

इंजन की गति विनियमन

Error creating thumbnail: How the governor regulates engine speed on an Otto engine. This particular engine operates on natural gas; the large disk-shaped object below the engine is the gas pressure regulator. (22sec, 320x240, 320kbit/s video)

Error creating thumbnail: Close-up view of the governor wheel either riding up over the fuel intake cam or sliding to the right and coasting. (14sec, 320x240, 250kbit/s video)

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 स्पार्क प्लग सिलेंडर में ईंधन के बिना आग लगाना जारी रखता है।

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

सिलेंडर कूलिंग

आधुनिक इंजन कूलिंग सिस्टम के समान, ओटो इंजन सिलेंडर की दीवार के चारों ओर बहने वाली पानी का जैकेट का उपयोग करते हैं। WMSTR में प्रदर्शन पर स्थिर ओटो इंजन सभी इमारत के बाहर एक ही बड़े हीट रेडियेटर को साझा करते हैं। यह सेंट्रलाइज्ड डिस्टेंट हीट डिसिपेशन सिस्टम इंजन बिल्डिंग को ठंडा रखने में भी मदद करता है।

परिवहन में प्रथम प्रयोग

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1885 डेमलर का पेट्रोलियम रीटवेगन

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 hp 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 चार्ज सिस्टम 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 Deutz ने बड़े स्थिर इंजनों का उत्पादन जारी रखा, डेमलर नावों, हवाई जहाजों, इंजनों, ऑटोमोबाइल, ट्रकों और अन्य परिवहन उपयोगों पर चला गया। Deutz 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 ट्यूब 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 ओटो साइकिल इंजन का उपयोग करके वाहनों का उत्पादन करते हैं जो इतने सर्वव्यापी हैं कि उन्हें आंतरिक-दहन इंजन, गैसोलीन इंजन और स्पार्क-इग्निशन 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
• Deutz AG
• History of Otto and Cie
• The original Otto atmospheric engine running on Youtube
• An Otto engine with slide valve ignition