ആന്തരിക ദഹന യന്ത്രം

ഇന്ധനത്തിന്റെ ദഹനം (കത്തൽ) എഞ്ചിനകത്തുവച്ച് നടക്കുന്ന തരം എഞ്ചിനുകളാണ്‌ ആന്തരിക ദഹന എഞ്ചിൻ (Internal combustion engine). എഞ്ചിനുകൾക്കകത്ത് ഇന്ധനം ദഹിക്കുമ്പോഴുണ്ടാകുന്ന മർദ്ദം നേരിട്ട് ഗതികോർജ്ജമായി പരിവർത്തനം ചെയ്യപ്പെടുന്നു. ഈ ഗതികോർജ്ജം എഞ്ചിൻറെ ചലിക്കുന്ന ഭാഗങ്ങളിലേക്ക് എത്തിക്കുന്നു. പെട്രോൾ എഞ്ചിൻ, ഡീസൽ എഞ്ചിൻ തുടങ്ങിയവ ആന്തരിക ദഹനയന്ത്രങ്ങൾക്കുദാഹരണമാണ്‌. ആവിയന്ത്രവും ആവിടർബൈനും പോലെ ഒരു താപയന്ത്രമാണ് ആന്തരദഹനയന്ത്രവും. ആന്തരദഹനയന്ത്രം മറ്റെല്ലാ താപയന്ത്രങ്ങളെക്കാളും പലവിധത്തിലും മെച്ചപ്പെട്ടതാണ്. ആന്തരദഹനയന്ത്രങ്ങളുടെ ഏറ്റവും പ്രധാനപ്പെട്ട ഉപയോഗം ഗതാഗതരംഗത്താണ്(transportation). ഈ വിഭാഗത്തിൽ​പ്പെടുന്ന യന്ത്രങ്ങൾക്ക് അവശ്യം ഉണ്ടായിരിക്കേണ്ട ഗുണങ്ങളായ പ്രവർത്തനസരളതയും ഘനക്കുറവും ആന്തരദഹനയന്ത്രങ്ങളുടെ പ്രത്യേകതകളാണ്. ചെറുതും ഇടത്തരവുമായ പവർ പ്ലാന്റുകളിലും വയലുകളിലും ചെറിയ വ്യവസായശാലകളിലും മറ്റും വാതകയന്ത്രങ്ങളും (Gas engines) എണ്ണയന്ത്രങ്ങളും (Oil engines) ഉപയോഗിക്കുന്നതിനുള്ള പ്രധാനകാരണം അവയുടെ പ്രവർത്തനസരളതയും അവിരാമപ്രവർത്തനത്തിലുള്ള ചെലവു കുറവുമാണ്. വലിയ വ്യവസായശാലകളിലും തീവണ്ടികളിലും കപ്പലുകളിലും മറ്റും പ്രധാനമായി പരിഗണിക്കേണ്ടത് യന്ത്രങ്ങളുടെ ഇന്ധനമിതോപയോഗം (economy of fuel) ആണ്.

ഒരു ആന്തരദഹനയന്ത്രത്തിലെ സിലിൻഡറിനുള്ളിൽ ഇന്ധന-വായു മിശ്രിത(fuel-air mixture)ത്തിന്റെ ജ്വലനംമൂലം താരതമ്യേന ഉയർന്ന മർദവും താപനിലയും ഉണ്ടാകുന്നു. ഈ ഉയർന്ന താപനിലയിലുള്ള ദഹന-ഉത്പന്നങ്ങളുടെ (products of combustion) മർദംമൂലം സിലിൻഡറിനുള്ളിലെ പിസ്റ്റണിന്റെ ചലനം സാധ്യമാകുന്നു. മറ്റു പ്രത്യാഗാമിതാപയന്ത്രങ്ങളിലെപ്പോലെ (Reciprocating Heat Engine-ഉദാ. ആവിയന്ത്രം) ആവശ്യമായ യാന്ത്രികഭാഗങ്ങളുടെ സഹായത്തോടെ പിസ്റ്റണിന്റെ ഈ ചലനം യാന്ത്രിക ഊർജ്ജമാക്കി മാറ്റപ്പെടുന്നു.

ആന്തരദഹനയന്ത്രം എന്ന പേരിൽ നിന്നു തന്നെ വ്യക്തമാകുന്നതുപോലെ ഇത്തരം യന്ത്രങ്ങളിൽ താപോർജം ഉത്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന പ്രക്രിയ (ഇന്ധന-വായു മിശ്രിതത്തിന്റെ ദഹനം) യന്ത്രത്തിനുള്ളിൽത്തന്നെ നിർവഹിക്കപ്പെടുന്നു. മാത്രമല്ല ദഹന ഉത്പാദങ്ങൾ പിസ്റ്റണിൽ നേരിട്ടു സമ്മർദം പ്രയോഗിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. എന്നാൽ മറ്റു യന്ത്രങ്ങളിൽ, ഇന്ധന-വായു മിശ്രിത ദഹനം യന്ത്രത്തിനു വെളിയിൽവച്ചു നടക്കുകയും ദഹന ഉത്പന്നങ്ങളുടെ താപം മറ്റൊരു മാധ്യമത്തിനു കൈമാറുകയും ഈ മാധ്യമം യന്ത്രത്തിലെ ശക്ത്യുത്പാദനഭാഗങ്ങളെ പ്രവർത്തിപ്പിക്കുകയും ആണ് ചെയ്യുന്നത്. ഇത്തരം യന്ത്രങ്ങളെ ബാഹ്യദഹനയന്ത്രങ്ങൾ എന്നു വിളിക്കാം. ഉദാഹരണമായി ആവിയന്ത്ര(Steam Power Plant)ത്തിൽ ഇന്ധനദഹനത്താൽ ബോയിലർ എന്ന ഘടകത്തിൽവച്ച് വെള്ളം തപിപ്പിച്ച് നീരാവിയാക്കി മാറ്റുകയും ഈ നീരാവി തുടർന്ന് ആവിയന്ത്രത്തിൽ കടത്തി പിസ്റ്റണെ പ്രവർത്തിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

ചരിത്രപശ്ചാത്തലം.

ക്രിസ്തുവർഷാരംഭത്തിനു മുമ്പുതന്നെ പല വിധത്തിലുള്ള യന്ത്രങ്ങൾ നിർമ്മിക്കുവാനുള്ള ശ്രമങ്ങൾ നടന്നിട്ടുണ്ടെങ്കിലും 18-ാം ശ.-ത്തിൽ ജെയിംസ് വാട്ട് പുറത്തിറക്കിയ ആവിയന്ത്രമാണ്, നേരത്തെ നടന്നിട്ടുള്ള പരീക്ഷണങ്ങളുടെ ഫലങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് പ്രയോഗക്ഷമമായ രീതിയിൽ നിർമിച്ച ആദ്യത്തെ യന്ത്രം.

യാന്ത്രികയുഗത്തിൽ നിർമ്മിക്കപ്പെട്ട മിക്കവാറും എല്ലാ ഉത്പന്നങ്ങളെയുംപോലെ ആന്തരദഹനയന്ത്രവും ഒരാളുടെ മാത്രം കണ്ടുപിടിത്തത്തിന്റെ ഫലമല്ല. ഉദാഹരണമായി ഇത്തരം യന്ത്രങ്ങളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന പിസ്റ്റൺ ബി.സി. 150-നോടടുത്തുതന്നെ കാറ്റടിക്കുവാനുള്ള പമ്പുകളിൽ ഉപയോഗിച്ചിരുന്നതായി കരുതപ്പെടുന്നു. അതുപോലെതന്നെ, നീരാവിയുടെ ചോർച്ച കുറയ്ക്കുവാൻ പിസ്റ്റണും സിലിൻഡറിനും ഇടയിൽ ഘടിപ്പിക്കുന്ന പാക്കിങ് എ.ഡി. 1764-ൽ ജെയിംസ് വാട്ട് ആണ് കണ്ടുപിടിച്ചത്. അതിനും വളരെ വർഷങ്ങൾക്കു ശേഷമാണ് ആവിയന്ത്രത്തിലെ പിസ്റ്റണിൽ പിച്ചള (brass) കൊണ്ടുള്ള പിസ്റ്റൺ വളയങ്ങൾ ഘടിപ്പിക്കുവാൻ തുടങ്ങിയത്. ഇപ്പോൾ ആന്തരദഹനയന്ത്രങ്ങളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന ലോഹംകൊണ്ടുള്ള പിസ്റ്റൺ വളയങ്ങളുടെ ആവിർഭാവം ഇങ്ങനെയാണ്.

ഏതാണ്ട് നൂറുവർഷത്തെ പഠനത്തിന്റെയും പരീക്ഷണങ്ങളുടെയും പരിണതഫലമാണ് ആധുനികരീതിയിലുള്ള ആന്തരദഹനയന്ത്രം. അനേകവർഷത്തെ പരീക്ഷണനീരിക്ഷണങ്ങളുടെ ഫലമായി ക്രമാനുഗതമായുണ്ടായ വിജ്ഞാനസമ്പത്തും കൂടുതൽ പരിചയം കൊണ്ടുണ്ടാകുന്ന പ്രായോഗികവൈദഗ്ദ്ധ്യവും നിർമ്മാണത്തിനാവശ്യമായ മെച്ചപ്പെട്ട പദാർഥങ്ങളുടെ ലഭ്യതയുമാണ് ആന്തരദഹനയന്ത്രങ്ങളുടെ വളർച്ചയ്ക്കു സഹായിച്ച ഘടകങ്ങൾ.

1677-ൽ ആബേ ഴാങ് ദോതെഫൊയ് (Abbe' Jean de Haute-feuille), വെള്ളം പമ്പു ചെയ്യുവാൻ വെടിമരുന്നിന്റെ ദഹനഫലമായുണ്ടാകുന്ന ശൂന്യത ഉപയോഗിച്ചതു മുതല്ക്കാണ് പ്രയോഗക്ഷമമായ ആന്തരദഹനയന്ത്രം നിർമ്മിക്കുവാനുള്ള വഴി തെളിഞ്ഞത്. വെടിമരുന്നിന്റെ ദഹന ഉത്പന്നങ്ങൾ തണുക്കുന്നതുമൂലമുണ്ടാകുന്ന ഭാഗികശൂന്യത ഉപയോഗപ്പെടുത്തി, ജലം കൂടുതൽ ഉയരത്തിലേക്ക് ഉയർത്താമെന്ന് ഇദ്ദേഹം കണ്ടുപിടിച്ചു. ക്രിസ്ത്യൻ ഹീജൻസ് (Christian Hugens) 1680-ലും ഡെനീസ് പെപിൻ (Denis Pepin) 1690-ലും ഇതുപോലെയുള്ള ഉപകരണങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ചു നടത്തിയ പരീക്ഷണങ്ങൾ വിജയിച്ചില്ല. 1794-ൽ റോബർട്ട് സ്ട്രീറ്റ് (Robert Street), പിസ്റ്റണും പിസ്റ്റൺ ചലനം ഘൂർണനഗതി(rotational motion)യായി രൂപാന്തരപ്പെടുത്തുന്നതിനുള്ള യന്ത്രഭാഗങ്ങളും അടങ്ങിയ ഒരു ആന്തരദഹനയന്ത്രത്തിനുള്ള പേറ്റെന്റ് എടുത്തു. ഇന്ധന-വായുമിശ്രിതം ദഹനത്തിനു മുൻപ് മർദനവിധേയമാക്കുന്നത് നല്ലതാണെന്ന് 1801-ൽ ലെബോൺ (Lebon) അഭിപ്രായപ്പെട്ടുവെങ്കിലും ഈ തത്ത്വം പ്രായോഗികമാക്കാവുന്ന ഒരു യന്ത്രം നിർമ്മിക്കുവാൻ ഇദ്ദേഹത്തിനു കഴിഞ്ഞില്ല.

ഹൈഡ്രജൻ-വായു-മിശ്രിതത്തിന്റെ വിസ്ഫോടനംമൂലമുണ്ടാകുന്ന ദഹന ഉത്പന്നങ്ങൾ തണുപ്പിക്കുമ്പോഴുണ്ടാകുന്ന ശൂന്യത ഉപയോഗപ്പെടുത്തി പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഒരു യന്ത്രംകൊണ്ടുള്ള ചില പരീക്ഷണങ്ങൾ ഡബ്ല്യു. സെസിൽ (W.Cecil) 1820-നോടടുത്ത് നടത്തുകയുണ്ടായി. ഈ പരീക്ഷണങ്ങളെക്കുറിച്ചുള്ള റിപ്പോർട്ടാണ് വാതകയന്ത്രത്തെക്കുറിച്ചുള്ള ആദ്യത്തെ പ്രമാണരേഖ.

1823-ൽ സാമുവൽ ബ്രൗൺ (Samuel Brown) ദഹന ഉത്പാദങ്ങളുടെ വികാസം മൂലമുളവാകുന്ന ശൂന്യത ഉപയോഗപ്പെടുത്തുന്ന വാതകയന്ത്രങ്ങൾ നിർമ്മിക്കുവാൻ ആരംഭിച്ചതോടെയാണ് വാതകയന്ത്രത്തിന്റെ നിർമ്മാണവും വില്പനയും വ്യാപാരാടിസ്ഥാനത്തിൽ ആരംഭിച്ചത്. വാതകയന്ത്രത്തിന്റെ വളർച്ചയിൽ ബ്രൗണിനുള്ള സ്ഥാനം ആവിയന്ത്രത്തിന്റെ കാര്യത്തിൽ ന്യൂ കോമനു(New Comen)ള്ളതിനോട് താരതമ്യപ്പെടുത്താം. ബ്രൗണിന്റെ യന്ത്രങ്ങൾ വളരെ ഭാരമുള്ളവയും അപരിഷ്കൃതവും ആയിരുന്നുവെങ്കിലും പിന്നീട് നിലവിൽവന്ന, കൂടുതൽ വിജയകരമായ യന്ത്രങ്ങളുടെ പല സവിശേഷതകളും അവയ്ക്കുണ്ടായിരുന്നു.

1824-ൽ സാദി കാർണോ (Sadi Carnot) ആണ് ആന്തരദഹനയന്ത്രങ്ങളുടെ തെർമോ-ഡൈനാമിക് തത്ത്വങ്ങളെക്കുറിച്ച് ആധികാരികമായ പഠനം ആദ്യമായി നടത്തിയത്. ഇദ്ദേഹം പ്രസിദ്ധീകരിച്ച, താപത്തിന്റെ ചാലക ശക്തിയെക്കുറിച്ചുള്ള ചിന്തകൾ (Reflections on the Motive Power of Heat) എന്ന ലഘുലേഖയിൽ ആന്തരദഹനയന്ത്രങ്ങളുടെ മൗലികമായ തത്ത്വങ്ങൾ മാത്രമല്ല, ഈ ശാഖയിൽ പിന്നീട് പല പരിവർത്തനങ്ങൾക്കും വഴിതെളിച്ച കാര്യങ്ങളെക്കുറിച്ചും പരാമർശിച്ചിരുന്നു.

ദഹന ഉത്പന്നങ്ങളുടെ വികാസംമൂലമുളവാകുന്ന ഭാഗിക ശൂന്യതയ്ക്കു പകരം ദഹനംകൊണ്ടുണ്ടാകുന്ന മർദം ഉപയോഗിച്ചു പ്രവർത്തിക്കുന്ന യന്ത്രം ആദ്യമായി നിർമിച്ചത് 1883-ൽ ഡബ്ല്യു. എൽ.റൈറ്റ് (W.L.Wright) ആണ്. 1838-ൽ വില്യം ബാർണെറ്റ് (William Barnett) നിർമിച്ച യന്ത്രത്തിൽ ഇന്ധന-വായു മിശ്രിതം ദഹനത്തിനു മുൻപ് സമ്മർദത്തിനു വിധേയമാക്കുകയുണ്ടായി. ചാർജ് (ജ്വലന മിശ്രിതം) കത്തിക്കുവാനുള്ള ഒരു മാർഗദർശിജ്വാല(Pilot flame)യും ഈ ജ്വാല കെടുകയാണെങ്കിൽ അതു വീണ്ടും കത്തിക്കാൻ സഹായിക്കുന്ന ഒരു ജ്വലന-കോക്കും (igniting cock) അദ്ദേഹം കണ്ടുപിടിച്ചു. ചാർജ് കത്തിക്കുവാൻ വൈദ്യുതി ഉപയോഗിക്കുന്നതിനു മുൻപ് മിക്കവാറും എല്ലാ യന്ത്രങ്ങളിലും ഈ സമ്പ്രദായമാണ് ഉപയോഗിച്ചിരുന്നത്.

1860-നു മുൻപ് വളരെ കുറച്ചു യന്ത്രങ്ങളേ വിജയകരമായി പ്രവർത്തിക്കത്തക്കവിധം നിർമ്മിക്കപ്പെട്ടിട്ടുള്ളു; മിക്കവാറും സംഭാവനകൾ വെറും ആശയരൂപത്തിൽ തന്നെയായിരുന്നു. സാവധാനത്തിൽ, പ്രായോഗികവൈഷമ്യങ്ങൾ പലതും തരണം ചെയ്യാനും ആശയങ്ങൾ പ്രവൃത്തിരൂപത്തിൽ കൊണ്ടുവരാനും കഴിഞ്ഞു. 1860-ൽ ജെ.ജെ. ലിണോയർ (J.J.Linoir), മിക്കവാറും തൃപ്തികരമായ ഒരു യന്ത്രം പുറത്തിറക്കി. എന്നാൽ പുതിയതെന്നോ മൗലികമെന്നോ അവകാശപ്പെടാവുന്ന യാതൊന്നും ലിണോയർയന്ത്രത്തിൽ ഉണ്ടായിരുന്നില്ല. സ്ലെഡുവാൽവുകൾ ഉപയോഗിച്ച് വാതകവും വായുവും പ്രവേശിപ്പിക്കുവാനും ബഹിർഗമിപ്പിക്കുവാനും സാധിക്കുന്ന ഒരു ഉഭയക്രിയാ (double acting) ആവിയന്ത്രത്തിന്റെ പരിഷ്കൃതരൂപം മാത്രമായിരുന്നു അത്.

ചാർജ് യന്ത്രത്തിന്റെ സിലിൻഡറിൽ പ്രവേശിക്കുന്നതിനു മുൻപ് പമ്പ് ഉപയോഗിച്ച് അതിന്റെ മർദം വർധിപ്പിക്കുകയാണെങ്കിൽ ദഹന ഉത്പന്നങ്ങൾ കൂടുതൽ വികസിക്കുമെന്നും തദ്വാരാ, കൂടുതൽ യാന്ത്രികോർജം കിട്ടുമെന്നും ജി. ഷ്മിറ്റ് (G.Schmidt) നിർദ്ദേശിച്ചു (1861). 1862-ൽ അൽഫോൺസ് ബ്യൂ റോഷാസ് (Alphonse Beau Rochas) പ്രസിദ്ധീകരിച്ച ചില നിർദ്ദേശങ്ങളിലാണ് ആധുനിക മോട്ടോർവാഹനങ്ങളുടെ പ്രവർത്തനചക്രം അധിഷ്ഠിതമായിരിക്കുന്നത്. ഇദ്ദേഹത്തിന്റെ അഭിപ്രായത്തിൽ പരമാവധി പ്രവർത്തനക്ഷമത (maximum efficiency) ലഭിക്കുന്നതിന് ഉണ്ടായിരിക്കേണ്ട ഉപാധികൾ താഴെപറയുന്നവയാണ്: (1) സിലിൻഡറിന്റെ വ്യാപ്തം ഏറ്റവും കൂടുതലും ശീതനപ്രതലം (cooling surface) ഏറ്റവും കുറവും ആയിരിക്കണം; (2) ജ്വലന ഉത്പന്നങ്ങളുടെ വികാസം കഴിയുന്നിടത്തോളം വേഗത്തിൽ ആയിരിക്കണം; (3) വികാസാനുപാതം കഴിയുന്നതും കൂടിയിരിക്കണം, (4) ഇന്ധന-വായു മിശ്രിതത്തിന്റെ മർദം ഏറ്റവും കൂടുതലായിരിക്കണം. പരമാവധി പ്രവർത്തനക്ഷമത ലഭിക്കുന്നതിന് ഓരോ പ്രവർത്തനത്തിന്റെയും ക്രമം എങ്ങനെയായിരിക്കണമെന്നുള്ള കാര്യത്തിൽ ഇദ്ദേഹത്തിന്റെ നിർദ്ദേശങ്ങൾ ഇപ്രകാരമാണ്: (1) സിലിൻഡറിലെ പിസ്റ്റണിന്റെ ചൂഷണസ്ട്രോക്ക് (suction stroke) മുഴുവനും മിശ്രിതം പ്രവേശിപ്പിക്കുവാൻ വിനിയോഗിക്കുക; (2) പിസ്റ്റണിന്റെ അടുത്ത സ്ട്രോക്കിൽ നേരത്തെ പ്രവേശിപ്പിച്ച മിശ്രിതം മർദനവിധേയമാക്കുക; (3) മർദനസ്ട്രോക്കിന്റെ അവസാനം മിശ്രിതം ജ്വലിപ്പിക്കുകയും ജ്വലന ഉത്പന്നങ്ങൾ പിസ്റ്റണിന്റെ അടുത്ത സ്ട്രോക്കിൽ വികസിക്കുവാൻ അനുവദിക്കുകയും ചെയ്യുക; (4) നാലാമത്തെ സ്ട്രോക്കിൽ വികാസം പൂർത്തിയാക്കിയ ദഹന ഉത്പന്നങ്ങളെ സിലിൻഡറിൽനിന്നും നിഷ്കാസനം ചെയ്യുക.

റോഷാസ് പ്രായോഗികമായ പരീക്ഷണങ്ങൾ നടത്തുകയോ മേല്പറഞ്ഞ തത്ത്വങ്ങളെ അടിസ്ഥാനമാക്കി പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഒരു യന്ത്രം നിർമ്മിക്കുകയോ ചെയ്തില്ലെങ്കിലും യന്ത്രത്തിന്റെ പ്രവർത്തനത്തെയും കഴിവിനെയുംകുറിച്ചുള്ള ഇദ്ദേഹത്തിന്റെ നിഗമനങ്ങൾ ആന്തരദഹനയന്ത്രത്തിന്റെ വളർച്ചയിലെ ഒരു പ്രധാന നാഴികക്കല്ലാണ്. ഇദ്ദേഹത്തിന്റെ നിഗമനങ്ങൾ മുഴുവൻ സിദ്ധാന്തപരമായിരുന്നതിനാൽ, ചതുഷ്സ്ട്രോക്കുയന്ത്ര(four stroke engine)ങ്ങളുടെ മൗലികതത്ത്വങ്ങൾ ആവിഷ്കരിച്ചതിന്റെ മുഴുവൻ പങ്കും ഇദ്ദേഹത്തിന്റേതല്ല. ആ നേട്ടത്തോടുബന്ധിച്ച് നിക്കോളാസ് ഓട്ടോ (Nicholas Otto) എന്ന നാമധേയം ആണ് കൂടുതൽ അറിയപ്പെടുന്നത്.

1867-ൽ ഓട്ടോ, ലാൻഗേൻ എന്നിവർ ആരംഭിച്ച കമ്പനി സ്വതന്ത്ര പിസ്റ്റൺ യന്ത്രങ്ങൾ (free piston engines) വൻതോതിൽ നിർമ്മിക്കുവാൻ തുടങ്ങി. ഇതിനു മുൻപുതന്നെ ഇത്തരം യന്ത്രങ്ങൾ നിലവിലുണ്ടായിരുന്നുവെങ്കിലും ഓട്ടോ-ലാൻഗേൻയന്ത്രങ്ങൾ പ്രവർത്തനത്തിലും രൂപകല്പനയിലും മെച്ചപ്പെട്ടവയായിരുന്നു. ചതുഷ്സ്ട്രോക്കുവിഭാഗത്തിൽ​പ്പെടുന്ന ഈ യന്ത്രത്തിൽ ആദ്യത്തെ സ്ട്രോക്കിന്റെ പകുതിയോളം വാതക-വായുമിശ്രിതം പ്രവേശിപ്പിക്കുന്നു. പിന്നീട് ഈ ചാർജ് വൈദ്യുതി ഉപയോഗിച്ച് കത്തിക്കുകയും വിസ്ഫോടനഫലമായി പിസ്റ്റൺ കവർഭാഗത്തേക്കു തള്ളപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു. പിസ്റ്റൺ, സിലിൻഡറിന്റെ മേൽഭാഗത്തെത്തുമ്പോൾ അടിയിൽ ഒരു ഭാഗികശൂന്യത ഉണ്ടാകുകയും, പിസ്റ്റൺ അതിന്റെ ഭാരവും അതിന്റെമേലുള്ള അന്തരീക്ഷമർദവും കാരണം താഴേക്കു നീങ്ങുകയും ചെയ്യുന്നു. ഈ യന്ത്രത്തിന് ശക്തി താരതമ്യേന കുറവും പ്രവർത്തനം ശബ്ദമുഖരിതവുമായിരുന്നുവെങ്കിലും ലിണോർ യന്ത്രത്തെ അപേക്ഷിച്ച് ഇതിന്റെ ഇന്ധനച്ചെലവ് വളരെ കുറവായിരുന്നു. വിപണിയിലെ ഇതിന്റെ വിജയത്തിനു പ്രധാനകാരണം ഈ ഇന്ധനമിതത്വമായിരുന്നു.

ബ്യൂ റോഷാസിന്റെ തത്ത്വങ്ങൾ അടിസ്ഥാനപ്പെടുത്തി ഓട്ടോയും ലാൻഗേനുംകൂടി 1876-ൽ ഒരു പുതിയ യന്ത്രം പുറത്തിറക്കി. 'നിശ്ശബ്ദ ഓട്ടോ യന്ത്രം' (Otto Silent Engine) എന്ന പേരിലാണ് അത് അറിയപ്പെട്ടത്. ആധുനിക മോട്ടോർ വാഹനങ്ങളുടെ മൗലികതത്ത്വങ്ങളിൽ അധിഷ്ഠിതമായതും ജ്വലനത്തിനു മുൻപ് വാതക-വായുമിശ്രിതം മർദനവിധേയമാക്കിയതുമായ ആദ്യത്തെ ചതുഷ്സ്ട്രോക്കുയന്ത്രമായിരുന്നു അത്.

വാതക ടർബൈൻ (Gas Turbine).

അവിരാമമായ കറക്കം പ്രത്യാഗാമി (reciprocating) ചലനത്തെക്കാൾ എല്ലാവിധത്തിലും മെച്ചമാണ്. പ്രത്യാഗാമിയന്ത്രത്തിലെ പല ദൂഷ്യങ്ങൾക്കും കാരണം അവയിലെ പല ഘടകങ്ങളുടെയും ചലനത്തിനും സിലിൻഡറിനുള്ളിലെ ദഹനത്തിനും വരുന്ന തടസ്സങ്ങൾ ആണ്. വാതക ടർബൈന്റെ മൗലികതത്ത്വം മറ്റെല്ലാ താപയന്ത്രങ്ങളുടേതിനെക്കാളും മൻപുതന്നെ അറിയപ്പെട്ടിരുന്നു. ബി.സി. 130-ൽ അലക്സാണ്ട്രിയയിലെ 'ഹീറോ' ഇത്തരത്തിലുള്ള ഒരു യന്ത്രം നിർമിച്ചതായി പറയപ്പെടുന്നു. എന്നാൽ ഇരുപതാം ശതകത്തിന്റെ ആരംഭം വരെ പ്രയോഗക്ഷമമായ ഒരു വാതക ടർബൈൻ നിർമ്മിക്കപ്പെട്ടിരുന്നില്ല. ഒരു ബഹുഘട്ട അക്ഷീയപ്രവാഹമർദകവും (Multistage axial flow compressor) പ്രതിക്രിയാടർബൈനും (Reaction turbine) അടങ്ങിയ ഒരു ടർബൈൻ യൂണിറ്റിന്റെ രൂപരേഖ 1872-ൽ എഫ്. സ്റ്റോൾസേ (F.Stolze) തയ്യാറാക്കുകയുണ്ടായി.

19-ാം ശ.-ത്തിന്റെ അവസാനത്തിലും ഇരുപതാം ശ.-ത്തിന്റെ ആരംഭത്തിലുമായി പല പേറ്റന്റുകളും നല്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ടെങ്കിലും പ്രവർത്തനക്ഷമമായ ഒരു വാതകടർബൈൻ നിർമ്മിക്കപ്പെട്ടത് 1902-ൽ സ്റ്റാൻഫോർഡ് എ. മോസ്സ് (Standard A.Moss), ഒരു ഡീ-ലാവൽടർബൈൻ വാതകടർബൈനായി രൂപാന്തരപ്പെടുത്തിയപ്പോഴാണ്.

പ്രവർത്തനതത്ത്വം. സരളവാതക ടർബൈന്റെ പ്രവർത്തനതത്ത്വം താഴെ കൊടുത്തിരിക്കുന്ന ചിത്രത്തിന്റെ സഹായത്തോടെ മനസ്സിലാക്കാം.

Brayton cycle

വാതകടർബൈൻ, ബ്രേയ്ടൻ ചക്ര(Brayton cycle)ത്തെ ആധാരമാക്കി പ്രവർത്തിക്കുന്നു.

സരളവാതകടർബൈൻ യൂണിറ്റിലെ പ്രധാന ഘടകങ്ങൾ വായുമർദകവും (air compressor-C) ദഹന അറയും (combustion chamber-B) വാതക ടർബൈനും (T) ആണ്. വായുമർദകത്തിൽ വച്ച് വായുവിന്റെ മർദം അന്തരീക്ഷമർദത്തെക്കാൾ വളരെ മടങ്ങു വർധിപ്പിക്കുന്നു. പിന്നീട് ഈ വായു, ദഹന അറയിൽ എത്തുന്നു. ദഹന അറയിൽവച്ച് ഇന്ധന-വായുമിശ്രിതത്തിന്റെ ദഹനം നടക്കുന്നു. വാതകടർബൈനിൽവച്ചു നടക്കുന്ന ദഹന ഉത്പന്നങ്ങളുടെ വികാസം മൂലം വാതകടർബൈൻ​ബ്ലേഡുകൾ ചലിപ്പിക്കപ്പെടുന്നു.

സാധാരണയായി ഉത്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന ശക്തിയിൽ ഒരു ഭാഗം വായുമർദകം പ്രവർത്തിപ്പിക്കുവാൻ വിനിയോഗിക്കുന്നു. വായുമർദകത്തിന്റെ പ്രവർത്തനം തുടങ്ങുമ്പോൾ ഒരു സ്റ്റാർട്ടറി (starter)ന്റെ സഹായമാവശ്യമാണ്.

ഉയർന്ന താപനില താങ്ങുവാൻ കെല്പുള്ള പദാർഥങ്ങൾ ലഭിക്കുവാൻ തുടങ്ങിയതോടുകൂടി ടർബൈൻ പ്രവർത്തനം കൂടുതൽ കാര്യക്ഷമമായിത്തീർന്നു. കൂടാതെ, രണ്ടു മർദകഘട്ടങ്ങളുടെ ഇടയിൽ ഒരു മധ്യശീതകം (inter cooler) ഉപയോഗിച്ചും താപോർജം ഒരു ഹീറ്റ് എക്സ്ചേഞ്ചറിന്റെ സഹായത്താൽ കൂടുതൽ ഫലപ്രദമായി വിനിയോഗിച്ചും ടർബൈൻ-മർദക യൂണിറ്റിന്റെ ക്ഷമത വർധിപ്പിക്കുന്നു.

വളരെ കൃത്യമായി പറഞ്ഞാൽ വാതകടർബൈൻ ആന്തരദഹനയന്ത്രങ്ങളുടെ വിഭാഗത്തിൽ​പ്പെടുന്നില്ല. എന്നാൽ വാതകടർബൈൻ ആന്തരദഹനയന്ത്രങ്ങളുടെ വളർച്ചയിലെ ഒരു സുപ്രധാനഘട്ടത്തെ കുറിക്കുന്നു. വാതകടർബൈനെ സ്പർശിക്കാതെ, ആന്തരദഹനയന്ത്രങ്ങളുടെ വളർച്ചയുടെ ചരിത്രം പൂർണമാവില്ല.

തരം തിരിവുകൾ.

ആന്തരദഹനയന്ത്രങ്ങളെ താഴെ കൊടുത്തിരിക്കുന്ന വസ്തുതകളുടെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ പല വിഭാഗങ്ങളായി തിരിക്കാം.

ചക്രം

ഏതു തെർമോഡൈനാമിക് (താപഗതിക) ചക്രത്തെ ആധാരമാക്കിയാണ് ഇവ പ്രവർത്തിക്കുന്നത് എന്നതിനെ അടിസ്ഥാനപ്പെടുത്തി ആന്തരദഹനയന്ത്രങ്ങളെ ഓട്ടോയന്ത്രം, ഡീസൽയന്ത്രം, അർധഡീസൽയന്ത്രം എന്നിങ്ങനെ തരം തിരിക്കാം. ഓട്ടോയന്ത്രം ഓട്ടോചക്രത്തെയും (Otto cycle), ഡീസൽയന്ത്രം ഡീസൽ (diesel) ചക്രത്തെയും, അർധഡീസൽ യന്ത്രം അർധഡീസൽ (ദ്വൈത) ചക്ര(duel cycle)ത്തെയും ആധാരമാക്കിയാണ് പ്രവർത്തിക്കുന്നത്. യന്ത്രത്തിനാധാരമായ ചക്രം (cycle) മാറുമ്പോൾ യന്ത്രങ്ങളുടെ മൗലികമായ രൂപസംവിധാനത്തിലും മാറ്റമുണ്ടാകും.

സ്ട്രോക്കുകൾ

സിലിൻഡറിനുള്ളിലെ പ്രവർത്തനങ്ങൾ (events) പിസ്റ്റണിന്റെ എത്ര സ്ട്രോക്കുകൊണ്ടാണ് പൂർത്തിയാകുന്നത് എന്നതിനെ അടിസ്ഥാനപ്പെടുത്തി ഇത്തരം യന്ത്രങ്ങളെ ചതുഷ് സ്ട്രോക്കു യന്ത്രങ്ങൾ (four-stroke engines) എന്നും ഇരുസ്ട്രോക്കു (two-stroke) യന്ത്രങ്ങൾ എന്നും വിഭജിക്കാം. സിലൻഡറിനുള്ളിൽ നടക്കുന്ന പ്രവർത്തനങ്ങൾ - വായു-ഇന്ധനമിശ്രിതത്തിന്റെ (അല്ലെങ്കിൽ, വായുവിന്റെ) പ്രവേശനം, മർദനം, വികാസം, ദഹനഉത്പന്നങ്ങളുടെ ബഹിഷ്കരണം-പിസ്റ്റണിന്റെ നാലു സ്ട്രോക്കുകളിലായി (അതായത്, ക്രാങ്ക്ഷാഫ്ടിന്റെ രണ്ടു കറക്കംകൊണ്ട്) പൂർത്തിയാക്കുന്ന യന്ത്രങ്ങൾ ചതുഷ്സ്ട്രോക്കുയന്ത്രങ്ങൾ എന്നറിയപ്പെടുന്നു. ഈ പ്രവർത്തനങ്ങൾ എല്ലാം പൂർത്തിയാക്കുവാൻ പിസ്റ്റണിന്റെ രണ്ടു സ്ട്രോക്കുകൾ (അതായത്, ക്രാങ്ക്ഷാഫ്ടിന്റെ ഒരു കറക്കം) മാത്രം മതിയാകുന്ന യന്ത്രങ്ങളെ ഇരുസ്ട്രോക്കുയന്ത്രങ്ങൾ എന്നു പറയുന്നു.

ഇന്ധനം

ഉപയോഗിക്കുന്ന ഇന്ധനത്തിന്റെ അവസ്ഥയുടെ (ഖരം, ദ്രവം, വാതകം) അടിസ്ഥാനത്തിൽ യന്ത്രങ്ങളെ മൂന്നായി തരംതിരിക്കാം. ദ്രവ ഇന്ധനയന്ത്രങ്ങളെ (Liquid Fuel Engines) ഗ്യാസലിൻ (Gasolin), ആൽക്കഹോൾ (Alcohol) തുടങ്ങി പെട്ടെന്ന് ബാഷ്പീകരിക്കുന്ന ഇന്ധനങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്നവ, ഘനഎണ്ണകൾ (heavy oils) ഉപയോഗിക്കുന്നവ എന്നു വീണ്ടും വിഭജിക്കാം.

മർദന അനുപാതത്തിന്റെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ ഘന എണ്ണ യന്ത്രങ്ങളെ മൂന്നായി തരംതിരിക്കാം. മർദന അനുപാതം വളരെ കുറവായ യന്ത്രങ്ങളിൽ ജ്വലനം നടക്കുന്നത് ഉയർന്ന താപനിലയിലുള്ള ഒരു പ്രതലത്തിന്റെ സഹായത്തോടെയാണ്. തപ്തതല (hot surface)മായി, സാധാരണ ഒരു വൈദ്യുത സ്ഫുലിംഗമോ (electric sparks) തപ്തബൾബോ (hot bulbs) ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഇടത്തരം മർദന അനുപാതത്തോടുകൂടിയ യന്ത്രങ്ങളിൽ മർദനസ്ട്രോക്കിന്റെ അവസാനം ഉയർന്ന മർദം മൂലം സ്വയംജ്വലനം (auto ignition) നടക്കുന്നു. ഇത്തരം യന്ത്രങ്ങളിൽ യന്ത്രപ്രവർത്തനം ആരംഭിക്കുവാൻ ഒരു ജ്വാലക(ignitor)ത്തിന്റെ ആവശ്യമുണ്ട്. എന്നാൽ മർദന അനുപാതം വളരെ കൂടുതലായുള്ള യന്ത്രങ്ങളിൽ ഇതിന്റെ ആവശ്യമില്ല; ഉയർന്ന മർദം സൃഷ്ടിക്കുന്ന ചൂടുകൊണ്ട് മർദനസ്ട്രോക്കിന്റെ അവസാനം ഇന്ധന-വായുമിശ്രിതം സ്വയം ജ്വലനത്തിനു വിധേയമാകുന്നു.

ഒരു യന്ത്രത്തിന്റെ മർദന അനുപാതമനുസരിച്ച് അതിന്റെ രൂപഘടനയിൽ മാറ്റങ്ങൾ വരുത്തേണ്ടതാവശ്യമാണ്. മർദന അനുപാതം വളരെ കൂടുതലാണെങ്കിൽ (ഉദാ. ഡീസൽ യന്ത്രം) ചൂഷണസ്ട്രോക്കിൽ വായുവും ഇന്ധനവും ഒരുമിച്ചു പ്രവേശിപ്പിക്കുവാൻ കഴിയുകയില്ല. അങ്ങനെ ചെയ്താൽ മർദനസ്ട്രോക്ക് അവസാനിക്കുന്നതിനു മുമ്പുതന്നെ മിശ്രിതം മുൻജ്വലന(pre-ignition)ത്തിനു വിധേയമാകാം. അതിനാൽ ഇടത്തരം യന്ത്രങ്ങളിൽ, ചൂഷണസ്ട്രോക്കിൽ വായു മാത്രം പ്രവേശിപ്പിക്കുകയും മർദനസ്ട്രോക്കിൽ അവസാനം ഇന്ധനം ഒരു അന്തഃക്ഷേപിണി (injector) മുഖേന സിലിൻഡറിലേക്കു കടത്തുകയുമാണ് ചെയ്യുന്നത്. എന്നാൽ സ്ഫുലിംഗജ്വലന(spark ignition) യന്ത്രങ്ങളിൽ വായുവും ഇന്ധനവും കാർബുറേറ്റർ (carburettor) എന്ന ഘടകത്തിൽവച്ച് വേണ്ട അനുപാതത്തിൽ കൂട്ടിക്കലർത്തി, ചൂഷണസ്ട്രോക്കിലൂടെ സിലിൻഡറിൽ പ്രവേശിപ്പിക്കുന്നു.

ഖരരൂപത്തിലുള്ള ഇന്ധനം ഉപയോഗിച്ച് പ്രവർത്തിപ്പിക്കുന്ന യന്ത്രങ്ങൾ ഇക്കാലത്തു വിരളമാണ്. വാതകരൂപത്തിലുള്ള ഇന്ധനം ഉപയോഗിക്കുന്ന യന്ത്രങ്ങൾ (gas engines), ഓട്ടോചക്രത്തെ ആധാരമാക്കി പ്രവർത്തിക്കുന്ന സ്ഫുലിംഗജ്വലനയന്ത്രങ്ങളുടെ വിഭാഗത്തിൽ​പ്പെടുന്നു.

ജ്വലനം

ഇന്ധന-വായുമിശ്രിതം ജ്വലിപ്പിക്കുന്ന രീതിയെ അടിസ്ഥാനമാക്കി ആന്തരദഹനയന്ത്രങ്ങളെ സ്ഫുലിംഗജ്വലനയന്ത്രങ്ങൾ, മർദ ജ്വലനയന്ത്രങ്ങൾ, തപ്തബൾബു ജ്വലനയന്ത്രങ്ങൾ എന്നിങ്ങനെ തരംതിരിക്കാം.

പൊതു രൂപരേഖയെ (general design) അടിസ്ഥാനപ്പെടുത്തി യന്ത്രങ്ങളെ ഏകക്രിയാ (single acting) യന്ത്രങ്ങൾ എന്നും ഉഭയക്രിയാ (double acting) യന്ത്രങ്ങൾ എന്നും തരംതിരിക്കാം. സാധാരണമായി വളരെ വലിയ യന്ത്രങ്ങൾ മാത്രമേ ഉഭയക്രിയായന്ത്രങ്ങളായി നിർമ്മിക്കാറുള്ളു. സിലിൻഡറിന്റെ അക്ഷം തിരശ്ചീനദിശയിലാണോ ലംബദിശയിലാണോ എന്നുള്ളതിനെ അടിസ്ഥാനമാക്കി യന്ത്രങ്ങളെ ക്ഷൈതിജയന്ത്രങ്ങൾ (horizontal engines), ഊർധ്വമുഖയന്ത്രങ്ങൾ അഥവാ (vertical engines)v-യന്ത്രങ്ങൾ എന്ന രണ്ടു വിഭാഗത്തിൽപെടുത്താം. ഒരു യന്ത്രത്തിലെ സിലിൻഡറുകളുടെ എണ്ണം ഒന്നോ അതിൽ കൂടുതലോ എന്നുള്ളതിനെ അടിസ്ഥാനപ്പെടുത്തി ആന്തരദഹനയന്ത്രങ്ങളെ ഏകപദയന്ത്രങ്ങൾ എന്നും ബഹുപദയന്ത്രങ്ങൾ എന്നും വിഭജിക്കാറുണ്ട്.

v-യന്ത്രത്തിലെ സിലിൻഡറുകൾ, അക്ഷങ്ങൾ പരസ്പരം കൂട്ടിമുട്ടുന്ന രണ്ടു തലങ്ങളിലായി സംവിധാനം ചെയ്യുന്നു; അതിനാൽ ഒരു ജോഡി സിലിൻഡറുകളിലെ പിസ്റ്റൺ ഒരേ ക്രാങ്കിനാൽ പ്രവർത്തിപ്പിക്കപ്പെടുന്നു. ഈ സംവിധാനംമൂലം ക്രാങ്ക്ഷാഫ്ടിന്റെ നീളം വളരെ കുറയ്ക്കുവാൻ കഴിയുന്നു. ത്രിജ്യയന്ത്ര(radial engine)ങ്ങളിൽ ഇതേരീതി, കുറച്ചുകൂടി വിപുലപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നു; ഒരേ ക്രാങ്ക് അഞ്ചോ, ഏഴോ, ഒൻപതോ പിസ്റ്റണുകളെ പ്രവർത്തിപ്പിക്കുന്നു.

ചതുഷ്സ്ട്രോക്കു യന്ത്രങ്ങൾ.

4 സ്ട്രോക്ക് സൈക്കിൾ (or Otto cycle)
1. ഇൻടെയ്‌ക്‌
2.കംപ്രഷൻ
3. പവ്വർ
4. ഏക്ഷ്ഹൌസ്ട

പ്രവേശനസ്ട്രോക്ക് (suction stroke). ഒരു ഊർധ്വമുഖയന്ത്രത്തിൽ, പിസ്റ്റൺ സിലിൻഡറിന്റെ മേൽഭാഗത്തു (ഊർധ്വനിശ്ചലസ്ഥാനം-top dead-centre) നിന്നും അധോ-നിശ്ചലസ്ഥാന (bottom dead centre) ത്തേക്കു നീങ്ങുന്നു. ഈ സമയം പ്രവേശന വാൽവ് തുറന്നും, രേചന വാൽവ് (exhaust valve) അടഞ്ഞും ഇരിക്കുന്നു. തുറന്നിരിക്കുന്ന പ്രവേശന വാൽവിൽകൂടി ഇന്ധന-വായു മിശ്രിതം (ഡീസൽ യന്ത്രത്തിലാണെങ്കിൽ വായു മാത്രം) സിലിൻഡറിൽ പ്രവേശിക്കുന്നു.

മർദനസ്ട്രോക്ക്. പിസ്റ്റൺ അതിന്റെ കീഴ്-നിശ്ചല സ്ഥാനത്തു നിന്നും മുകളിലേക്കു നീങ്ങുന്നു. പ്രവേശനവാൽവും രേചനവാൽവും ഈ സമയം അടഞ്ഞിരിക്കും. സിലിൻഡറിൽ പ്രവേശിക്കപ്പെട്ട ചാർജ് മർദനവിധേയമാക്കപ്പെടുന്നു. ഇതിന്റെ ഫലമായി ചാർജിന്റെ മർദവും താപനിലയും വർധിക്കുന്നു. സിലിൻഡറിന്റെ മേൽഭാഗത്ത് പിസ്റ്റൺ എത്തുന്നതുവരെ മർദനസ്ട്രോക്ക് തുടരുന്നു.

വികാസ സ്ട്രോക്ക്. പിസ്റ്റൺ സിലിൻഡറിന്റെ മേൽഭാഗത്തെത്തുമ്പോൾ ഒരു സ്പാർക്ക്പ്ലഗ്ഗിന്റെ സഹായത്താൽ മിശ്രിതം ജ്വലിപ്പിക്കപ്പെടുന്നു. വിസ്ഫോടനഫലമായി മർദം വളരെ വർധിക്കുകയും ദഹന ഉത്പന്നങ്ങൾ പിസ്റ്റണെ ക്രാങ്കുഭാഗത്തേക്ക് തള്ളിനീക്കി വികസിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ദഹന-ഉത്പന്നങ്ങളുടെ വികാസം മൂലമാണ് ഫലപ്രദമായ യന്ത്രശക്തി ലഭിക്കുന്നത്. പിസ്റ്റൺ സിലിൻഡറിന്റെ കീഴ്സ്ഥാനത്തെത്തുന്നതുവരെ വികാസ സ്ട്രോക്കു തുടരുന്നു.

ഡീസൽയന്ത്രത്തിൽ മർദനസ്ട്രോക്കിന്റെ അവസാനത്തിൽ ഇന്ധനം സിലിൻഡറിലേക്ക് അന്തഃക്ഷേപണം ചെയ്യുകയാണ് ചെയ്യുന്നത്. മർദന-അനുപാതം താരതമ്യേന കൂടുതലായതിനാൽ ജ്വലനത്തിന് ഒരു സ്പാർക്ക് പ്ലഗ്ഗിന്റെ ആവശ്യമില്ല.

4. രേചന സ്ട്രോക്ക്. പിസ്റ്റൺ സിലിൻഡറിന്റെ മേൽസ്ഥാനത്തേക്ക് നീങ്ങുന്നു. ഈ സമയം പ്രവേശനവാൽവ് അടഞ്ഞും രേചനവാൽവ് തുറന്നും ഇരിക്കുന്നു. തുറന്നിരിക്കുന്ന രേചനവാൽവിൽക്കൂടി വികാസം പൂർത്തിയായ ദഹന ഉത്പന്നങ്ങൾ പുറത്തേക്കു പോകുന്നു.

വീണ്ടും പിസ്റ്റൺ കീഴ്ഭാഗത്തേക്കു നീങ്ങുമ്പോൾ മിശ്രിതം പ്രവേശിപ്പിക്കപ്പെടുകയും മേല്പറഞ്ഞ പ്രവർത്തനങ്ങൾ ക്രമത്തിൽ ആവർത്തിക്കപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു.

മേല്പറഞ്ഞ വിധത്തിലുള്ള പ്രവർത്തനം വളരെ സൈദ്ധാന്തികം (theoretical) ആണ്. യഥാർഥത്തിൽ പ്രവേശന വാൽവിന്റെയും രേചനവാൽവിന്റെയും അടയ്ക്കലും തുറക്കലും കൃത്യമായി ഊർധ്വനിശ്ചലസ്ഥാനത്തും അധോനിശ്ചലസ്ഥാനത്തുമല്ല നടക്കുന്നത്. ഉദാഹരണമായി, പിസ്റ്റൺ അതിന്റെ രേചനസ്ട്രോക്കു പൂർത്തിയാക്കുന്നതിനു അല്പം മുമ്പുതന്നെ പ്രവേശനവാൽവു തുറക്കുന്നു. അതുപോലെതന്നെ പിസ്റ്റൺ സിലിൻഡറിന്റെ മേൽഭാഗത്തെത്തിയാലുടൻ രേചനവാൽവ് അടയുന്നില്ല. അതായത് പ്രവേശന സ്ട്രോക്കിന്റെ ആരംഭത്തിലും രേചനസ്ട്രോക്കിന്റെ അവസാനത്തിലും കുറച്ചു സമയം രണ്ടു വാൽവുകളും തുറന്നിരിക്കും. വാൽവുകൾ അടയ്ക്കുന്നതിലും തുറക്കുന്നതിലും ഉണ്ടാകുന്ന അനിവാര്യമായ കാലവിളംബം (time lag) കൂടി കണക്കിലെടുത്താണ് ഇങ്ങനെ ചെയ്യുന്നത്. ഇതുമൂലം പ്രവേശന സ്ട്രോക്കിൽ കഴിയുന്നിടത്തോളം മിശ്രിതം അകത്താക്കുവാനും രേചന സ്ട്രോക്കിൽ ദഹന ഉത്പന്നങ്ങളുടെ നിഷ്കാസനം പൂർണമായി സാധിക്കുവാനും കഴിയുന്നു. മിശ്രിതത്തിന്റെ ജ്വലനാരംഭത്തിനും പൂർണമായ ജ്വലനം നടക്കുന്നതിനും ഇടയിലുള്ള കാലവിളംബം കൂടി കണക്കിലെടുത്ത് മർദനസ്ട്രോക്കിൽ പിസ്റ്റൺ മേൽനിശ്ചലസ്ഥാനത്തെത്തുന്നതിന് അല്പം മുൻപ് മിശ്രിതം ജ്വലിപ്പിക്കപ്പെടുന്നു. രേചനവാൽവ്, വികാസ സ്ട്രോക്കു പൂർത്തിയാകുന്നതിന് അല്പം മുൻപ് തുറക്കുന്നു. ഇതുമൂലം ദഹന ഉത്പാദങ്ങളുടെ നിർമാർജ്ജനം പൂർണമായി സാധിക്കുന്നു.

Starting position, intake stroke, and compression stroke.

Ignition of fuel, power stroke, and exhaust stroke.

യന്ത്രം പ്രവർത്തിക്കുമ്പോൾ പ്രവേശനവാൽവും രേചനവാൽവും അടയ്ക്കുകയും തുറക്കുകയും ചെയ്യുന്ന സ്ഥാനങ്ങൾ ഒരു ക്രാങ്ക്വൃത്തത്തിൽ അടയാളപ്പെടുത്തിയ ചിത്രത്തിനു വാൽവുസമയക്രമ ആരേഖം (valve timing diagram) എന്നു പറയുന്നു.

The four-stroke cycle
1=TDC
2=BDC
 A: Intake 
 B: Compression 
 C: Power 
  D: Exhaust 

ഇരുസ്ട്രോക്കു യന്ത്രങ്ങൾ.

ഒരു ഇരുസ്ട്രോക്കു യന്ത്രം പലവിധത്തിലും ഒരു ചതുഷ്സ്ട്രോക്കു യന്ത്രത്തിൽ നിന്നും വിഭിന്നമാണ്. സാധാരണമായി, ഇത്തരം യന്ത്രങ്ങളിൽ വാൽവുകൾക്കുപകരം ദ്വാരങ്ങൾ (ports) ആണ് ഉള്ളത്. പിസ്റ്റണിന്റെ മുൻപിൻ ചലനംകൊണ്ട് ഈ ദ്വാരങ്ങൾ അടയ്ക്കപ്പെടുകയും തുറക്കപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു. ചാർജിന്റെ പ്രവേശനവും ദഹന ഉത്പന്നങ്ങളുടെ ബഹിർഗമനവും ഈ ദ്വാരങ്ങൾവഴിയാണ്. അതിനാൽ വാൽവുകൾ പ്രവർത്തിക്കുവാനുള്ള യന്ത്രവിധി (mechanism) മുഴുവനും ഒഴിവാക്കാമെന്നുള്ളത് ഇത്തരം യന്ത്രങ്ങളുടെ ഒരു മെച്ചമാണ്.

പ്രമാണം:Arbeitsweise Zweitakt.gif

2 സ്ട്രോക്ക് എൻജിൻ

വേറൊരു വ്യത്യാസം, സിലിൻഡറിലേക്കു പ്രവേശിക്കുന്നതിനുമുമ്പ് വായു (ഡീസൽ യന്ത്രത്തിൽ) ഒരു ക്രാങ്കു കെയ്സിൽ (crank case) പ്രവേശിക്കുകയും അല്പം മർദിക്കപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു എന്നുള്ളതാണ്.

പിസ്റ്റൺ സിലിൻഡറിനുള്ളിൽ താഴെനിന്നും മുകളിലേക്കു നീങ്ങുമ്പോൾ ക്രാങ്ക്കെയ്സിൽ ഭാഗികശൂന്യത ഉണ്ടാവുകയും തത്ഫലമായി അന്തരീക്ഷവായു (ഡീസൽയന്ത്രത്തിൽ) S എന്ന ദ്വാരത്തിൽക്കൂടി ക്രാങ്ക്കെയ്സിൽ പ്രവേശിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. അതേസമയം, പിസ്റ്റണിന്റെ മേല്പോട്ടുള്ള യാത്രയിൽ രേചനദ്വാരവും സ്ഥാനാന്തരദ്വാരവും അടയ്ക്കപ്പെടുകയും പിസ്റ്റണിന്റെ മേൽഭാഗത്തുള്ള വായു, മർദത്തിനു വിധേയമാവുകയും ചെയ്യുന്നു. ഇപ്രകാരം പിസ്റ്റണിന്റെ മേല്പോട്ടുള്ള യാത്രയിൽ അതിന്റെ മേൽഭാഗത്ത് മർദവും കീഴ്ഭാഗത്ത് ക്രാങ്ക്കെയ്സിലേക്കുള്ള വായുവിന്റെ പ്രവേശനവും നടക്കുന്നു.

പിസ്റ്റൺ സിലിൻഡറിന്റെ മേൽഭാഗത്തെത്തുമ്പോൾ ഇന്ധനം ഒരു അന്തഃക്ഷേപിണി മുഖേന സിലിൻഡറിലേക്കു കടത്തുന്നു. പിന്നീട് ഇന്ധന-വായുമിശ്രിതം ജ്വലനത്തിനു വിധേയമാക്കപ്പെടുന്നു. ജ്വലനഫലമായുണ്ടാകുന്ന ഉന്നതമർദം പിസ്റ്റണെ താഴോട്ടു തള്ളുന്നു. ഈ സമയം രേചനദ്വാരവും സ്ഥാനാന്തരദ്വാരവും അടഞ്ഞിരിക്കുന്നു. ദഹന ഉത്പന്നങ്ങളുടെ വികാസം നടക്കുന്നത് പിസ്റ്റണിന്റെ താഴോട്ടുള്ള ഈ യാത്രയിലാണ്. ആദ്യം രേചനദ്വാരം തുറക്കപ്പെടുകയും ദഹന ഉത്പന്നങ്ങൾ ഈ ദ്വാരത്തിൽക്കൂടി പുറത്തു പോകുകയും ചെയ്യുന്നു. അതിനു ശേഷം സ്ഥാനാന്തരദ്വാരം തുറക്കപ്പെടുകയും, പിസ്റ്റണിന്റെ താഴോട്ടുള്ള യാത്രയിൽ ക്രാങ്ക്കെയ്സിലുള്ള അല്പം മർദനവിധേയമായ വായു ഈ ദ്വാരത്തിൽക്കൂടി സിലിൻഡറിൽ പ്രവേശിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ഇപ്രകാരം പ്രവേശിക്കപ്പെടുന്ന വായു, പിസ്റ്റണിന്റെ പ്രത്യേക ആകൃതികൊണ്ട് മുകളിലേക്കും പിന്നീട് ഇടതുവശത്തേpage899for3.pngക്കും നയിക്കപ്പെടുന്നു. ഇത് രേചനദ്വാരത്തിൽക്കൂടിയുള്ള ദഹന ഉത്പന്നങ്ങളുടെ നിഷ്കാസനത്തെ ത്വരിതപ്പെടുത്തുന്നു. ഈ ഉദ്ദേശ്യത്തോടുകൂടിയാണ് പിസ്റ്റൺതലയ്ക്ക് (piston head) ഈ പ്രത്യേക ആകൃതി കൊടുത്തിട്ടുള്ളത്.

പിസ്റ്റണിന്റെ താഴോട്ടുള്ള യാത്രയിൽ ദഹന ഉത്പന്നങ്ങളുടെ വികാസവും ബഹിഷ്കരണവും നടക്കുന്നു. കൂടാതെ, ക്രാങ്ക്കെയ്സിലുള്ള വായു അല്പം മർദത്തിനു വിധേയമാകുകയും ചെയ്യുന്നു.

പിസ്റ്റണിന്റെ മേല്പോട്ടുള്ള യാത്രയിൽ വീണ്ടും രേചനദ്വാരവും സ്ഥാനാന്തരദ്വാരവും അടയ്ക്കപ്പെടുന്നതുവരെ ദഹന ഉത്പന്നങ്ങളുടെ ബഹിഷ്കരണവും സിലിൻഡറിലേക്കുള്ള വായുവിന്റെ പ്രവേശനവും നടക്കുന്നു.

ഒരു യന്ത്രം പ്രവർത്തിക്കുമ്പോൾ ഒരു സൂചക(indicator)ത്തിന്റെ സഹായത്തോടെ രേഖപ്പെടുത്തുന്ന മർദ-വ്യാപ്ത ആരേഖ (P-V diagram)ത്തിന് സൂചക ആരേഖം (indicator diagram) എന്നു പറയുന്നു. ഒരു യന്ത്രം പ്രവർത്തിക്കുമ്പോൾ കിട്ടുന്ന യഥാർഥ (actual) സൂചക ആരേഖം ഒരു താത്ത്വിക (theoretical) സൂചക ആരേഖത്തിൽനിന്നും വ്യത്യസ്തമായിരിക്കും.

വാൽവും വാൽവ് യന്ത്രവിധിയും

വാൽവുകളുടെ അടയ്ക്കലും തുറക്കലും ഒരു കാമി(cam)ന്റെ സഹായത്തോടെയാണ് സാധിക്കുന്നത്. ഒരു കാം ഷാഫ്ട് (cam shaft) മുഖേന കാമിനെ ക്രാങ്ക്ഷാഫ്ടുമായി ഘടിപ്പിക്കുന്നു. ഒരു ചതുഷ്സ്ട്രോക്കു യന്ത്രത്തിൽ, ക്രാങ്ക്ഷാഫ്ട് രണ്ടു പ്രാവശ്യം തിരിയുമ്പോൾ കാംഷാഫ്ട് ഒരു പ്രാവശ്യം തിരിയത്തക്കവിധമാണ് സംവിധാനം ചെയ്തിരിക്കുന്നത്. കാം ഷാഫ്ട് തിരിയുമ്പോൾ കാം, വാൽവിനെ അതിന്റെ ഇരിപ്പിട(seat)ത്തിൽനിന്നും ഉയർത്തുന്നു. വാൽവിനെ വീണ്ടും അതിന്റെ ഇരിപ്പിടത്തിൽ കൊണ്ടുവരുന്നത് വാൽവിന്റെ അടിയിലായി കൊടുത്തിരിക്കുന്ന സ്പ്രിങ്ങാണ്. വാൽവ് അതിന്റെ ഇരിപ്പിടത്തിൽ അടഞ്ഞിരിക്കുമ്പോൾ വാൽവ്​സ്റ്റെമ്മി (valve stem)ന്റെയും വാൽവിന്റെയും ഇടയിൽ ഒരു ചെറിയ വിടവ് ഉണ്ടായിരിക്കും. യന്ത്രത്തിന്റെ പ്രവർത്തനസമയത്തുണ്ടാകുന്ന ചൂടുകൊണ്ടുള്ള വികാസം കണക്കിലെടുത്താണ് ഈ വാൽവ് ടാപ്പെറ്റ് വിടവ് (valve tappet clearance) കൊടുത്തിരിക്കുന്നത്. ആവശ്യം വരുന്നപക്ഷം ഒരു നട്ട് (nut) ഉപയോഗിച്ച് ഈ വിടവ് ക്രമീകരിക്കാവുന്നതാണ്.

സാധാരണയായി രേചനവാൽവ്, സിൽക്രോം-സിലിക്കോൺ-ക്രോമിയം മിശ്രലോഹം (alloy) കൊണ്ടാണ് നിർമ്മിക്കുന്നത്. പ്രവേശനവാൽവ് നിക്കൽ​ ‍ക്രോം (nickel chrome) കൊണ്ടും.

ഒരു പാർശ്വവാൽവ് യന്ത്ര(side valve engine)ത്തിലെ വാൽവു യന്ത്രവിധിയാണ് മുകളിൽ വിവരിച്ചത്. ഒരു ശിരോപരിവാൽവ് (over head valve) യന്ത്രത്തിലെ സംവിധാനം അല്പം വ്യത്യസ്തമായിരിക്കും.

ഇന്ധനവ്യവസ്ഥ (Fuel System).

പെട്രോൾ യന്ത്രത്തിലെയും ഡീസൽ യന്ത്രത്തിലെയും മർദന അനുപാതം വളരെ വ്യത്യസ്തമായതുകൊണ്ട് അവയുടെ പ്രവർത്തനത്തിലും സംവിധാനത്തിലും വ്യത്യാസമുണ്ട്. പെട്രോൾ യന്ത്രങ്ങളിൽ ഇന്ധനവും വായുവും തമ്മിൽ ശരിയായ അനുപാതത്തിൽ കൂട്ടിക്കലർത്തുന്നത് സിലിൻഡറിനു വെളിയിൽവച്ചാണ്. ഇന്ധന പമ്പും കാർബുറേറ്ററും ആണ് പെട്രോൾ യന്ത്ര-ഇന്ധനവ്യവസ്ഥയിലെ പ്രധാനഘടകങ്ങൾ. എന്നാൽ ഡീസൽ യന്ത്രങ്ങളിൽ വായുവും ഇന്ധനവും തമ്മിലുള്ള മിശ്രണം നടക്കുന്നത് സിലിൻഡറിനുള്ളിൽ വച്ചാണ്. മർദന സ്ട്രോക്കിന്റെ അവസാനം ഒരു അന്തഃക്ഷേപിണി ഉപയോഗിച്ച് ഇന്ധനം സിലിൻഡറിലേക്ക് കടത്തുകയാണ് ചെയ്യുന്നത്. അതിനാൽ പെട്രോൾ യന്ത്രങ്ങളിലെ കാർബുറേറ്ററിന്റെ സ്ഥാനത്ത് ഒരു ഇന്ധനപ്പമ്പും അന്തഃക്ഷേപിണിയുമാണ് മർദനജ്വലനയന്ത്രങ്ങളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നത്.

പെട്രോൾ യന്ത്രത്തിലെ ഇന്ധനപ്പമ്പ്.

ഒരു പെട്രോൾ യന്ത്രത്തിലെ ഇന്ധനപ്പമ്പിന്റെ ധർമം ഒരു ഡീസൽ യന്ത്രത്തിലെ ഇന്ധനപ്പമ്പിന്റേതിൽ നിന്നും ഭിന്നമാണ്. പെട്രോൾ ടാങ്കിൽ (tank) നിന്നും കാർബുറേറ്ററിലേക്ക് ഇന്ധനം എത്തിക്കുകമാത്രമാണ് പെട്രോൾ യന്ത്രത്തിലെ ഇന്ധനപ്പമ്പു ചെയ്യുന്നത്. ഒരു പെട്രോൾ യന്ത്രത്തിലെ ഇന്ധനപ്പമ്പാണ് ചി. 8-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നത്.

ഒരു കാമും, കാംഷാഫ്ടും മുഖേന ഇതു പ്രവർത്തിപ്പിക്കുന്നു. കാംഷാഫ്ടു കറങ്ങുമ്പോൾ ഒരു സംദോലകഭുജം (rocker arm) വഴി ലിങ്ക് (link) മുകളിലേക്ക് ഉയർത്തപ്പെടുന്നു. ഈ ലിങ്ക് ഒരു ഡയഫ്ര(diaphragm-D)വുമായി ബന്ധിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. ലിങ്ക് ഉയരുമ്പോൾ അതോടുകൂടി ഡയഫ്രവും ഉയരുകയും പമ്പ് അറയിൽ ഒരു ഭാഗികശൂന്യത ഉണ്ടാവുകയും ചെയ്യുന്നു. ഈ ഭാഗിക ശൂന്യതകാരണം ഇന്ധന ടാങ്കിൽനിന്നും ഇന്ധനം പ്രവേശനവാൽവു വഴി പമ്പ്അറയിൽ പ്രവേശിക്കുന്നു.

പ്രതിവർത്തി സ്ട്രോക്കിൽ (return stroke) സ്പ്രിങ്ങ് ഡയഫ്രത്തെ താഴോട്ടുതള്ളുന്നതുമൂലം ഇന്ധനം രേചനവാൽവിൽ കൂടി കാർബുറേറ്ററിലേക്ക് നയിക്കപ്പെടുന്നു. കാർബുറേറ്ററിലെ ഫ്ലോട്ട് അറയിൽ ഇന്ധനം നിറയുകയും സൂചിവാൽവ് (needle valve) അടയുകയും ചെയ്യുമ്പോൾ ഡയഫ്രം താഴോട്ടു തള്ളപ്പെടുകയും ഇന്ധനപ്രവാഹം നിലയ്ക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. സൂചിവാൽവ് തുറക്കുമ്പോൾ ഇന്ധനത്തിന്റെ പ്രവാഹം പുനരാരംഭിക്കുന്നു.

കാർബുറേറ്റർ (Carburator).

ഇന്ധനവും വായുവും ചെറു കണങ്ങളാക്കിയ ശേഷം ശരിയായ അനുപാതത്തിൽ കൂട്ടിക്കലർത്തി സിലിൻഡറിലേക്കു നയിക്കുകയാണ് ഒരു കാർബുറേറ്ററിന്റെ ധർമം. വായുവുമായി നല്ലതുപോലെ കൂടിക്കലരാനും അങ്ങനെ ദഹനം എളുപ്പത്തിലും പൂർണമായും നടക്കാനും വേണ്ടിയാണ് ഇന്ധനം ചെറുകണങ്ങളായി രൂപാന്തരപ്പെടുത്തുന്നത്.

ഒരു കാർബുറേറ്ററിന്റെ പ്രധാനഭാഗങ്ങൾ, ഒരു പ്ലവാഗാരം (float chamber), ഒരു മുഖ്യ ജെറ്റ് (main jet), ഒരു കോമ്പൻസേറ്റിങ് ജെറ്റ് (compensating jet), വായു സിലിൻഡറിലേക്കു പോകുന്ന നളിക (tube) ഇവയാണ്.

പ്ലവാഗാരത്തിൽ ഇന്ധനം ഒരു നിശ്ചിത അളവിൽ എപ്പോഴും ഉണ്ടെന്ന് ഉറപ്പുവരുത്തുകയാണ് പൊങ്ങി(float)ന്റെ ധർമം. ഇന്ധനനില ഈ നിശ്ചിത അളവിൽ കുറയുമ്പോൾ പ്ലവാഗാരത്തിലേക്ക് ഇന്ധനം പ്രവേശിക്കുന്ന വാൽവ് സ്വയം തുറക്കുന്നു. അതുപോലെ തന്നെ ഇന്ധനം ഒരു നിശ്ചിത അളവിൽ കൂടുമ്പോൾ ഈ വാൽവ് സ്വയം അടയുകയും തത്ഫലമായി അറയിലേക്കുള്ള ഇന്ധനപ്രവാഹം നിലയ്ക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

പിസ്റ്റൺ സിലിൻഡറിന്റെ മുകളിൽ നിന്ന് താഴത്തേക്ക് നീങ്ങുമ്പോൾ (ഒരു ഊർധ്വാധര യന്ത്രത്തിൽ) ഉണ്ടാകുന്ന ഭാഗികശൂന്യതമൂലം വായു നളികയിൽക്കൂടി സിലിൻഡറിലേക്ക് ഒഴുകുന്നു. ഈ നളികയുടെ ഒരു ഭാഗം അല്പം ഇടുങ്ങിയതാണ്. ഈ ഭാഗത്തിനു വെൻച്യൂറി (venturi) എന്നു പറയുന്നു. വായു വെൻച്യൂറിയിലൂടെ കടന്നുപോകുമ്പോൾ അതിന്റെ വേഗത വർധിക്കുകയും ഭാഗികശൂന്യത അനുഭവപ്പെടുകയും ചെയ്യും. പ്ലവാഗാരത്തിൽ നിന്നുള്ള പ്രധാന ഇന്ധന നളിക ഈ വെൻച്യൂറിയിൽ ആണ് എത്തുന്നത്. വെൻച്യൂറിയിൽ ഉണ്ടാകുന്ന ഭാഗികശൂന്യത പ്ലവാഗാരത്തിൽ നിന്നും ഇന്ധന നളികയിൽകൂടി വെൻച്യൂറിയിലേക്ക് ഒഴുകുവാൻ പ്രേരകമാകുന്നു. വെൻച്യൂറിയിൽ എത്തുന്ന ഇന്ധനം വായുവിന്റെ വേഗത നിമിത്തം വാതക കണങ്ങളായി പരിണമിക്കുകയും, അതോടൊപ്പം തന്നെ വായുവുമായി ഇടകലരുകയും ചെയുന്നു. ആവശ്യത്തിനനുസരിച്ച് ഈ മിശ്രിതത്തിന്റെ അളവ് വ്യത്യാസപ്പെടുത്തുവാൻ ഒരു ത്രോട്ടിൽ (throttle) വാൽവ് ഉപയോഗിക്കുന്നു.

മോട്ടോർ വാഹനങ്ങളിലെയും മറ്റും യന്ത്രങ്ങൾ സാധാരണയായി പല കറക്ക വേഗ(rotational speed)ത്തിലും പ്രവർത്തിക്കുവാൻ കഴിയുന്നവയാണ്. വേഗതയിൽ വരുന്ന ഈ മാറ്റമനുസരിച്ച് സിലിൻഡറിലേക്കുള്ള ഇന്ധന-വായു മിശ്രിതത്തിന്റെ അളവിൽ വ്യത്യാസം വരുത്തേണ്ടതുണ്ട്. യന്ത്രം നിശ്ചലാവസ്ഥയിൽ നിന്ന് പ്രവർത്തനം ആരംഭിക്കുമ്പോൾ മിശ്രിതത്തിന്റെ ശക്തി താരതമ്യേന കൂടുതലായിരിക്കണം (അതായത്, മിശ്രിതത്തിൽ പെട്രോളിന്റെ അളവ് കൂടിയിരിക്കണം). വായു നളികയിലുള്ള ചോക്കുവാൽവിന്റെ (choke valve) സഹായത്തോടെ വായുവിന്റെ അളവ് കുറച്ചാണ് ഭാഗികമായി ഇത് സാധിക്കുന്നത്. യന്ത്രം പ്രവർത്തിക്കുവാൻ തുടങ്ങുമ്പോഴും യന്ത്രത്തിന്റെ കറക്ക വേഗം കുറവായിരിക്കുമ്പോഴും പ്രധാനനളികയിൽക്കൂടി ആവശ്യമായ പെട്രോൾ ലഭിക്കുന്നതിന് വെൻച്യൂറിയിലെ ഭാഗികശൂന്യത മതിയാവുകയില്ല. ഇങ്ങനെയുള്ള സന്ദർഭങ്ങളിൽ ആവശ്യമുള്ളത്ര പെട്രോൾ ലഭിക്കുവാൻ പ്രാരംഭജെറ്റ് (starting jet) സഹായിക്കുന്നു.

ഒരു 'മുഖ്യ ഇന്ധനജറ്റ്' മാത്രമേയുള്ളുവെങ്കിൽ യന്ത്രത്തിന്റെ കറക്കവേഗം കൂടുന്നതനുസരിച്ച് സിലിൻഡറിലേക്കയയ്ക്കുന്ന മിശ്രിതത്തിലെ ഇന്ധന അളവും കൂടുന്നു. ഈ സാധ്യത ഇല്ലാതാക്കുവാൻ ഒരു 'മുഖ്യ ഇന്ധനജെറ്റി'നു പകരം രണ്ടു ഇന്ധനജെറ്റുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു. കറക്കവേഗത്തിൽ വരുന്ന വ്യത്യാസം പരിഹരണജെറ്റി(compensating jet) ൽ കൂടിയുള്ള ഇന്ധനപ്രവാഹത്തെ കാര്യമായി ബാധിക്കുന്നില്ല. അതുകൊണ്ട് എല്ലാ കറക്കവേഗങ്ങളിലും ശരിയായ അനുപാതത്തിലുള്ള ഇന്ധന-വായുമിശ്രിതം നല്കുവാൻ സാധിക്കുന്നു.

ഡീസൽയന്ത്രത്തിലെ ഇന്ധനപ്പമ്പ്

മർദനജ്വലനയന്ത്രങ്ങളിൽ രണ്ടുവിധത്തിലുള്ള അന്തഃക്ഷേപണ വ്യവസ്ഥ നിലവിലുണ്ട്. ആദ്യത്തെ വിഭാഗത്തിൽ​പ്പെടുന്ന യന്ത്രങ്ങളിൽ, ഇന്ധനപ്പമ്പ് യന്ത്രം വഹിക്കുന്ന ഭാരത്തിനനുസരണമായ ഇന്ധനം അളന്ന് ഇന്ധന വാൽവിലേക്ക് അയയ്ക്കുന്നു. പിന്നീട്, വളരെ ഉയർന്ന മർദത്തിലുള്ള വായുവിന്റെ സഹായത്തോടെ ഇന്ധനം സിലിൻഡറിനുള്ളിലേക്ക് ചെലുത്തുന്നു. ഈ രീതിക്ക് 'വായു അന്തഃക്ഷേപണ വ്യവസ്ഥ' എന്നു പറയുന്നു. രണ്ടാമത്തെ വിഭാഗത്തിൽപ്പെടുന്ന യന്ത്രങ്ങളിൽ ഇന്ധനം സിലിൻഡറിലേക്ക് കടത്തുന്നതിന് വായുവിന്റെ സഹായം ആവശ്യമില്ല. ഈ രീതിക്ക് 'ഘന അന്തഃക്ഷേപണം' (solid injection) എന്നോ 'വായുരഹിത അന്തഃക്ഷേപണം' (airless injection) എന്നോ പറയാം.

ഇന്ധനം വായുവിന്റെ സഹായത്തോടെ സിലിണ്ടറിൽ പ്രവേശിപ്പിക്കുകയാണെങ്കിൽ ദഹനം മിക്കവാറും സ്ഥിരമർദ(constant pressure)ത്തിലാണ് നടക്കുന്നത്. എന്നാൽ ഒരു ഘന അന്തഃക്ഷേപണ വ്യവസ്ഥയിൽ ഇത് അത്രകണ്ട് പ്രായോഗികമല്ല. ഇത്തരം യന്ത്രങ്ങൾ ഒരു ഡീസൽചക്രത്തെ കൃത്യമായി അനുസരിക്കുന്നില്ല. ഘന-അന്തഃക്ഷേപണ വ്യവസ്ഥയാണ് ഇപ്പോൾ സർവസാധാരണമായി മർദന-ജ്വലന യന്ത്രങ്ങളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നത്. ബോഷ്-ഇന്ധന വ്യവസ്ഥ (Bosch Fuel System) എന്ന പേരിലും ഇത് അറിയപ്പെടുന്നു.

ഒരു ബോഷ് ഇന്ധനപ്പമ്പിന്റെ പ്രധാനഭാഗങ്ങൾ ഒരു ബാരലും (barrel) ബാരലിനുള്ളിൽ, മുൻ-പിൻ ചലനം സാധ്യമായ ഒരു പ്ലഞ്ചറും (plunger) ആണ്. പ്ലഞ്ചറിന്റെ ചലനം ക്രാങ്ക്ഷാഫ്ടിനോടു ഘടിപ്പിച്ചിട്ടുള്ള ഒരു കാം ഷാഫ്ടും കാമും മൂലം സാധിക്കുന്നു. ഈ പ്ലഞ്ചറിൽ വർത്തുളാകൃതിയിലുള്ള ഒരു പിരിയൻ ചാൽ (Helical groove) ഉണ്ട്. (ചി. 10-a).

പ്ലഞ്ചർ ബാരലിന്റെ കീഴ്ഭാഗത്തേക്ക് നീങ്ങുമ്പോൾ മേൽഭാഗത്ത് ഒരു ഭാഗികശൂന്യത സംജാതമാവുകയും ഇന്ധനദ്വാരത്തിൽ കൂടി ഇന്ധനം ബാരലിൽ പ്രവേശിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. പ്ലഞ്ചർ മേൽ ഭാഗത്തേക്ക് നീങ്ങുമ്പോൾ ഇന്ധനദ്വാരം അടയുകയും ഇന്ധനം മർദിക്കപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു. എന്നാൽ പ്ലഞ്ചറിലെ പിരിയൻചാൽ, ബാരൽ ഭിത്തിയിലുള്ള ദ്വാരം വഴി ഇന്ധനടാങ്കുമായി ബന്ധപ്പെടുന്നതുവരെ മാത്രമേ ഇന്ധനം മർദനവിധേയമാകുന്നുള്ളു. അതിനുശേഷം പ്ലഞ്ചറിനു മുകളിലുള്ള ഇന്ധനം ചാലു വഴി ഇന്ധനടാങ്കിലേക്കു ഒഴുകുന്നു. മർദനാരംഭം മുതൽ ചാല് ഈ ദ്വാരവുമായി ബന്ധപ്പെടുന്നതുവരെയുള്ള സമയം പ്ലഞ്ചറിന്റെ സഫല സ്ട്രോക്ക് (effective stroke) വ്യത്യാസപ്പെടുത്തി സിലിൻഡറിലേക്ക് അയയ്ക്കുന്ന ഇന്ധനത്തിന്റെ അളവ് ക്രമീകരിക്കുന്നു. യന്ത്രം വഹിക്കുന്ന ഭാരത്തിന്റെ ഏറ്റക്കുറച്ചിൽ അനുസരിച്ച് കറക്കവേഗത്തിലും വ്യത്യാസം അനുഭവപ്പെടുന്നു. യന്ത്രത്തിന്റെ ഭാര-കറക്കഗതികൾ അനുസരിച്ച് ഗവർണർ (governor) പ്ലഞ്ചറിനെ തിരിച്ച് അതിലെ പിരിയൻചാലിന്റെ സ്ഥാനം ആവശ്യമനുസരിച്ച് മാറ്റുന്നു.

അന്തഃക്ഷേപിണി (Injector).

ഇന്ധനപ്പമ്പിൽ നിന്നും യന്ത്രത്തിന്റെ പ്രവർത്തനത്തിനാവശ്യമായ ഇന്ധനം, പമ്പിന്റെ രേചനക്കുഴൽ വഴി അന്തഃക്ഷേപിണിയുടെ നോസിലിൽ (nozzle) എത്തുന്നു. ഒരു സ്പിൻഡിലും (spindle) സ്പ്രിങ്ങും മുഖാന്തരം ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന ഒരു സൂചി വാൽവുകൊണ്ട് നോസിൽ അടച്ചിരിക്കുന്നു. നോസിലിലെ ഇന്ധനത്തിന്റെ മർദബലം മേല്പറഞ്ഞ സ്പ്രിങ്ങിന്റെ ബലത്തേക്കാൾ കൂടുമ്പോൾ വാൽവ് അതിന്റെ ഇരിപ്പിടത്തിൽ നിന്നും ഉയർത്തപ്പെടുകയും ഇന്ധനം നോസിലിലെ ചെറിയ ദ്വാരം വഴി, ചെറുകണികകളുടെ രൂപത്തിൽ, സിലിൻഡറിലേക്കു ചെലുത്തപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു.

ഉയർന്ന മർദത്തിൽ ഇന്ധനത്തെ സൂക്ഷ്മകണികകളായി രൂപാന്തരപ്പെടുത്തുകയാണ് ഒരു അന്തഃക്ഷേപിണിയുടെ ധർമം. അതിനാൽ കണിത്രം (atomiser) എന്ന പേരിലും അന്തഃക്ഷേപിണി അറിയപ്പെടുന്നു.

ഉയർന്ന മർദത്തിൽ ഇന്ധനം കണികകളായി ഉയർന്ന മർദത്തിലുള്ള വായുവിലേക്ക് ചെലുത്തുന്നതുകൊണ്ട് ഇന്ധന-വായു മിശ്രണം എളുപ്പത്തിലും വേഗത്തിലും നടക്കുന്നു; ഇന്ധനദഹനം മിക്കവാറും പൂർണമായിരിക്കുകയും ചെയ്യും.

ജ്വലനവ്യവസ്ഥ (Ignition System)

മർദന അനുപാതം വളരെ കുറവായുള്ള യന്ത്രങ്ങളിൽ മർദനസ്ട്രോക്കിന്റെ അവസാനത്തെ മർദം ഇന്ധന-വായു മിശ്രിതത്തിന്റെ സ്വയം ജ്വലനത്തിനു മതിയാവുകയില്ല. ഇത്തരം യന്ത്രങ്ങളിൽ ഒരു വൈദ്യുത സ്ഫുലിംഗ(spark)ത്തിന്റെ സഹായത്തോടെ മിശ്രിതത്തിന്റെ ജ്വലനം നിർവഹിക്കപ്പെടുന്നു. സ്ഫുലിംഗം ഉണ്ടാക്കുന്നതിന് ഉപയോഗിക്കുന്ന വൈദ്യുതോപകരണം സാധാരണയായി രണ്ടുതരത്തിൽ ഉണ്ട്. (1) ചുരുൾ ജ്വലനവ്യവസ്ഥ (coil ignition system)യും, (2) കാന്തിക ജ്വലന വ്യവസ്ഥ(magneto ignition system)യും.

ഒരു നാലു-സിലിൻഡർ (four cylinder) പെട്രോൾ യന്ത്രത്തിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന ചുരുൾ ജ്വലനവ്യവസ്ഥയിൽ ഒരു ഒന്നാം പരിപഥവും (primary circuit) രണ്ടാം പരിപഥവും (secondary circuit) ഉണ്ട്. ഒന്നാം പരിപഥത്തിലെ പ്രധാന ഘടകങ്ങൾ ബാറ്ററി, അമീറ്റർ, ജ്വലന സ്വിച്ച്, പ്രേരകച്ചുരുളി (induction coil)ലെ ഒന്നാം ചുരുൾ (primary winding) സമ്പർക്കത്തിലേർ​പ്പെടുവാനും സമ്പർക്കം വിടർത്തുവാനുമുതകുന്ന ടെർമിനലുകൾ, ധാരകം (condenser) ഇവയാണ്. സമ്പർക്ക വിച്ഛേദക ബിന്ദുക്കൾ (contact breaker points) സ്പർശിച്ചിരിക്കുമ്പോൾ വൈദ്യുതി ഒന്നാം പരിപഥത്തിൽ പ്രവേശിക്കുകയും ചുരുളിൽ ഒരു കാന്തിക മണ്ഡലം ഉണ്ടാവുകയും ചെയ്യുന്നു. സ്ഫുലിംഗം ആവശ്യമുള്ളപ്പോൾ സമ്പർക്കവിച്ഛേദക ബിന്ദുക്കളെ ഒരു കാമി(cam)ന്റെ സഹായത്തോടെ വേർപെടുത്തുന്നു. എന്നാൽ വൈദ്യുതി അതേ ദിശയിൽതന്നെ ഒഴുകുവാൻ ശ്രമിക്കുകയും സമ്പർക്ക വിച്ഛേദകത്തിനു സമാന്തരമായി ഘടിപ്പിച്ചിട്ടുള്ള ധാരകത്തിൽ വോൾട്ടേജ് (voltage) കൂടുകയും ചെയ്യുന്നു. ബാറ്ററി വോൾട്ടേജ് ധാരകവോൾട്ടേജിനെക്കാൾ കുറവാകുമ്പോൾ വൈദ്യുതപ്രവാഹം വിപരീതദിശയിൽ ആകുന്നു. വൈദ്യുതപ്രവാഹത്തിൽ വരുന്ന ഈ ദിശാമാറ്റം കാന്തികമണ്ഡലത്തിലും അനുഭവപ്പെടുന്നു. ഇത് രണ്ടാം പരിപഥത്തിൽ ഒരു ഉന്നത വോൾട്ടേജ് ജനിപ്പിക്കുന്നു. അങ്ങനെ, ഒന്നാം പരിപഥത്തിലെ സമ്പർക്കവിച്ഛേദകബിന്ദുക്കൾ വേർപെടുത്തുമ്പോൾ രണ്ടാം പരിപഥത്തിൽ ഒരു ഉന്നത വോൾട്ടേജ് ഉണ്ടാകുന്നു. വിതരണകാരി(distributor)യിലെ ദണ്ഡുമുഖാന്തരം ഈ വോൾട്ടേജ് ഓരോ സിലിൻഡറിലെയും സ്പാർക്കുപ്ലഗ്ഗിൽ എത്തിക്കുന്നു. ഈ ഉയർന്ന വോൾട്ടേജ് സ്പാർക്കുപ്ലഗ്ഗിലെ രണ്ട് വിദ്യുത് അഗ്രങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള ചെറിയ വിടവ് (gap) ചാടിക്കടക്കുമ്പോൾ ഉണ്ടാകുന്ന സ്ഫുലിംഗം ഇന്ധന-വായു മിശ്രിതത്തിന്റെ ജ്വലനത്തിനു കാരണമാകുന്നു.

ഓരോ സിലിൻഡറിലും ഉണ്ടാകേണ്ട സ്ഫുലിംഗത്തിന്റെ ക്രമത്തിൽ വിതരണകാരിയിലെ ടെർമിനലുകൾ അതതു സ്പാർക്കു പ്ലഗ്ഗുകളുമായി ബന്ധിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. ക്രാങ്ക്ഷാഫ്ട് രണ്ടു പ്രാവശ്യം തിരിയുമ്പോൾ വിതരണകാരിദണ്ഡ് ഒരു പ്രാവശ്യം തിരിയത്തക്കവിധം അതു ക്രാങ്ക്ഷാഫ്ടുമായി ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു.

കാന്തിക ജ്വലന വ്യവസ്ഥയിൽ ബാറ്ററി വേണ്ട. പേരു സൂചിപ്പിക്കുന്നതുപോലെ, ഇതിൽ കാന്തം ഉപയോഗിക്കുന്നു. രണ്ടു സംവിധാനങ്ങൾ ഉണ്ട്. ഒന്നിൽ കറങ്ങുന്ന കാന്തവും സ്ഥിരച്ചുരുളുമാണെങ്കിൽ, മറ്റേതിൽ സ്ഥിരകാന്തങ്ങളുടെ നടുവിൽ വർത്തിക്കുന്ന കമ്പിച്ചുരുൾ ആണ്. ബാക്കി എല്ലാ കാര്യത്തിലും ഈ രീതി ചുരുൾ ജ്വലന വ്യവസ്ഥ പോലെ തന്നെയാണ്.

മർദന ജ്വലനം (compression ignition). മർദന അനുപാതം വളരെ കൂടുതലായുള്ള യന്ത്രങ്ങളിൽ (ഉദാ. ഡീസൽ യന്ത്രം) മർദനസ്ട്രോക്കിന്റെ അവസാനം ഇന്ധന-വായു മിശ്രിതം സ്വയം ജ്വലിക്കത്തക്കവിധം താപം കൂടുതലായിരിക്കും. അതിനാൽ ജ്വലനത്തിന് ഒരു പ്രത്യേക സ്പാർക്കുപ്ലഗ്ഗിന്റെ ആവശ്യമില്ല.

ഇത്തരം യന്ത്രങ്ങളിൽ പ്രവേശന സ്ട്രോക്കിൽ ഇന്ധന-വായുമിശ്രിതം പ്രവേശിപ്പിക്കുകയാണെങ്കിൽ മർദന സ്ട്രോക്ക് അവസാനിക്കുന്നതിനു മുൻപുതന്നെ മിശ്രിതം സ്വയം ജ്വലനത്തിനു വിധേയമാകുമെന്നുള്ളതുകൊണ്ട് ആദ്യം വായു മാത്രമാണ് പ്രവേശിപ്പിക്കുന്നത്.

തപ്തനളികാജ്വലനം (hot-tube ignition). അർധഡീസൽ യന്ത്രങ്ങളിൽ സാധാരണയായി ഇന്ധന-വായുമിശ്രിത ജ്വലനത്തിന് ഉപയോഗിക്കുന്ന രീതി ഇതാണ്. ഈ രീതി സ്വീകരിച്ചിരിക്കുന്ന യന്ത്രങ്ങളിൽ സിലിൻഡറിനോട് ചേർന്ന്, അതിനോട് ബന്ധപ്പെട്ട് ഒരു പോർസെലിൻ കുഴൽ ഉണ്ടായിരിക്കും. ഈ കുഴലിന്റെ ഏതാണ്ട് മധ്യഭാഗം ഒരു ബുൺസൻ ജ്വാലകം (burner) ഉപയോഗിച്ചു ചൂടാക്കുന്നു. സാധാരണയായി, ഈ കുഴൽ ദഹന ഉത്പാദങ്ങളാൽ നിറഞ്ഞിരിക്കും. എന്നാൽ മർദന സ്ട്രോക്കിന്റെ അവസാനത്തോടുകൂടി മർദിത മിശ്രിതം ദഹന-ഉത്പാദങ്ങളെ കുഴലിന്റെ അറ്റത്തേക്ക് തള്ളിനീക്കി, ചൂടാക്കപ്പെട്ട കുഴൽമധ്യവുമായി സമ്പർക്കം പുലർത്തുന്നു. തത്ഫലമായി കുഴലിലെ മിശ്രിതം ജ്വലിക്കുന്നു. ഈ ജ്വലനം സിലിൻഡറിലേക്കു പടർന്നു പിടിക്കുകയും സിലിൻഡറിലുള്ള മിശ്രിതം ജ്വലനവിധേയമാകുകയും ചെയ്യുന്നു. ജ്വാലകം കുഴലിൽ അങ്ങോട്ടും ഇങ്ങോട്ടും നീക്കി, ജ്വലനം തുടങ്ങുന്ന സമയം ഏറെക്കുറെ ക്രമീകരിക്കാം. യന്ത്രം വഹിക്കുന്ന ഭാരം ഏകദേശം സ്ഥിരമായി നില്ക്കുകയാണെങ്കിൽ ഈ രീതി തൃപ്തികരമായ ഫലം നല്കും. എന്നാൽ, ജ്വലനസമയം കൃത്യമായി ക്രമീകരിക്കുവാൻ സാധിക്കുകയില്ലെന്നും യന്ത്രത്തിന്റെ പ്രവർത്തനാരംഭത്തിൽ കുഴൽ പൊട്ടിപ്പോകുവാൻ ഇടയുണ്ടെന്നും ഉള്ളത് ഈ സമ്പ്രദായത്തിന്റെ ദൂഷ്യങ്ങളാണ്.

അധിനിയന്ത്രണം (Governing).

സാധാരണമായി ഒരു നിശ്ചിത കറക്കവേഗത്തിൽ പ്രവർത്തിക്കുവാൻ ഉദ്ദേശിച്ചാണ് ഏതൊരു യന്ത്രവും നിർമ്മിക്കപ്പെടുന്നത്. എന്നാൽ യന്ത്രത്തിനു വഹിക്കേണ്ടിവരുന്ന ഭാരത്തിന്റെ ഏറ്റക്കുറവ് അനുസരിച്ച് യന്ത്രത്തിന്റെ കറക്കവേഗത്തിലും വ്യത്യാസം അനുഭവപ്പെടുന്നു. യന്ത്രത്തിനു വഹിക്കേണ്ടിവരുന്ന ഭാരം എന്തുതന്നെയായാലും കറക്കവേഗം ഒരു നിശ്ചിതപരിധിക്കുള്ളിൽ തന്നെയാണെന്ന് ഉറപ്പുവരുത്തുകയാണ് ഒരു അധിനിയന്ത്രക(governor)ത്തിന്റെ ധർമം.

ആന്തരദഹനയന്ത്രത്തെ സംബന്ധിച്ചിടത്തോളം അധിനിയന്ത്രണം മൂന്നു വിധത്തിൽ നിർവഹിക്കുന്നു.

പരിമാണാത്മക അധിനിയന്ത്രണം (Quantitative Governing). സിലിൻഡറിനുള്ളിലേക്ക് പ്രവേശിപ്പിക്കുന്ന ഇന്ധന-വായുമിശ്രിതത്തിന്റെ അളവ് (quantity) നിയന്ത്രിച്ച് ഉത്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന യന്ത്രശക്തി ക്രമപ്പെടുത്തുകയാണ് ഈ രീതി. കാർബുറേറ്ററിലെ ത്രോട്ടിൽ വാൽവിന്റെ സഹായത്തോടെയാണ് മിശ്രിതത്തിന്റെ അളവ് വ്യത്യാസപ്പെടുത്തുന്നത്. യന്ത്രത്തിന്റെ പ്രവർത്തനനിലയനുസരിച്ച് ഒരു അപകേന്ദ്ര (diverging) അധിനിയന്ത്രകമാണ്, ത്രോട്ടിൽ വാൽവ് ആവശ്യാനുസരണം ക്രമപ്പെടുത്തുന്നത്. വലിയ വാതകയന്ത്രങ്ങളിൽ പ്രവേശനവാൽവിന്റെ ഉയർത്തൽ (lift) ക്രമപ്പെടുത്തിയാണു മിശ്രിത പ്രവേശനം വ്യത്യാസപ്പെടുത്തുന്നത്.

ഗുണാത്മക അധിനിയന്ത്രണം (Qualitative Governing). സിലിൻഡറിലേക്കു പ്രവേശിപ്പിക്കുന്ന മിശ്രിതത്തിലെ ഇന്ധന-വായു അനുപാതം വ്യത്യാസപ്പെടുത്തുക എന്നതാണ് ഈ രീതി. വായുവിന്റെ അളവിൽ വ്യത്യാസം വരുത്താതെ ഇന്ധനത്തിന്റെ അളവ് വ്യത്യാസപ്പെടുത്തി, മിശ്രിതം ആവശ്യാനുസരണം സമ്പുഷ്ടമോ (rich), നേർത്തതോ (lean) ആക്കുന്നു. ഡീസൽ യന്ത്രങ്ങളിൽ ഒരു അപകേന്ദ്ര അധിനിയന്ത്രകം ഇന്ധനപ്പമ്പിലെ പ്ളഞ്ചറിന്റെ സ്ഥാനം ക്രമീകരിച്ച് ഇന്ധന പരിമാണം വ്യത്യാസപ്പെടുത്തുന്നു.

ഘാതനഷ്ട അധിനിയന്ത്രണം (Hit and Miss Governing). യന്ത്രത്തിന്റെ കറക്കവേഗം കൂടുമ്പോൾ ചില ചക്ര(cycle)ങ്ങളിലെ ഇന്ധനജ്വലനം ഒഴിവാക്കി യന്ത്രശക്തി കുറയ്ക്കുകയാണ് ഈ രീതി ഉപയോഗിക്കുന്ന യന്ത്രങ്ങളിൽ ചെയ്യുന്നത്. യന്ത്രശക്തി കുറയ്ക്കേണ്ടിവരുമ്പോൾ ഇന്ധനപ്രവേശന വാൽവ് തുറക്കാതെ അടച്ചുതന്നെ സൂക്ഷിക്കുന്നത് അധിനിയന്ത്രകമാണ്. ഇന്ധനജ്വലനം ഭാഗികമായി ഒഴിവാക്കുന്നതിനാൽ യന്ത്രം സാധാരണഗതിയിൽ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്ന യന്ത്രശക്തി കുറയുന്നു; തൻമൂലം കറക്കവേഗവും കുറയുന്നു. എന്നാൽ യന്ത്രക്ഷമത കുറയ്ക്കുമെന്നും ക്രാങ്കുഷാഫ്ടിലെ ചാലനബലം (driving effort) ഏകരൂപമായിരിക്കുകയില്ലെന്നുമുള്ള ദൂഷ്യങ്ങൾ ഈ രീതിക്കുണ്ട്.

ചെറിയ ലഘു എണ്ണ യന്ത്രങ്ങളിൽ (light oil engines) അധിനിയന്ത്രകം രേചനവാൽവ് തുറക്കാതിരിക്കുകയാണ് ചെയ്യുന്നത്. തൻമൂലം ദഹന ഉത്പന്നങ്ങൾ, കറക്കവേഗം കുറയുന്നതുവരെ സിലിൻഡറിനുള്ളിൽത്തന്നെ കഴിയുകയും, വീണ്ടും വീണ്ടും മർദന-വികാസ പ്രക്രിയകൾക്കു വിധേയമാവുകയും ചെയ്യുന്നു.

സ്നേഹനം (Lubrication)

യന്ത്രത്തിന്റെ വിവിധഭാഗങ്ങളുടെ സ്നേഹനം എങ്ങനെ നിർവഹിക്കുമെന്നത് ഏതു യന്ത്രത്തിലും വളരെ പ്രാധാന്യമർഹിക്കുന്ന പ്രശ്നമാണ്. ആന്തരദഹനയന്ത്രങ്ങളിൽ സിലിൻഡർഭിത്തികൾ, ക്രാങ്ക്ഷാഫ്ടിലെ പ്രധാന ബെയറിങ്ങുകൾ, ബന്ധക-ദണ്ഡി(connecting rod)ന്റെ രണ്ടറ്റത്തുമുള്ള ബെയറിങ്ങുകൾ, വാൽവുടാപ്പെറ്റുമായി സമ്പർക്കംവരുന്ന കാമിന്റെ ഭാഗങ്ങൾ, വാൽവുഗൈഡുകൾ, കാംഷാഫ്ട് ബെയറിങ്ങുകൾ ഇവയാണ് സ്നേഹനം നടത്തേണ്ടതായ പ്രധാനഭാഗങ്ങൾ.

വലുതും, കറക്കവേഗം കൂടിയതുമായ യന്ത്രങ്ങളിൽ സിലിൻഡർ ഭിത്തികൾ, ടൈമിങ് (timing) ഗീയർ, കാമിന്റെ ഭാഗങ്ങൾ എന്നിവയുടെ സ്നേഹനം, ക്രാങ്ക്കെയ്സിൽനിന്നും തെറിച്ചുവീഴുന്ന സ്നേഹകത്തിന്റെ സഹായത്തോടെയും (splash lubrication) ബാക്കിഭാഗങ്ങളുടെ സ്നേഹനം, ഒരു സ്നേഹന പമ്പിന്റെ സഹായത്തോടെയും നടത്തുന്നു.

വിവിധ യന്ത്രങ്ങളിലെ സ്നേഹനരീതികൾ അതതു യന്ത്രസംവിധാനമനുസരിച്ച് വ്യത്യസ്തമായിരിക്കുമെങ്കിലും മേല്പറഞ്ഞ രണ്ടു രീതികളും സാർവത്രികമായി പ്രയോഗത്തിലിരിക്കുന്നവയാണ്. ഓരോ യന്ത്രത്തിന്റെയും വിവിധ ഭാഗങ്ങളുടെ സ്നേഹനം എങ്ങനെ നിർവഹിക്കണമെന്നതിനെക്കുറിച്ച് ആവശ്യമായ നിർദ്ദേശങ്ങൾ നിർമാതാക്കൾതന്നെ സാധാരണ നല്കാറുണ്ട്.

ശീതനം (Cooling)

വായു-ഇന്ധനമിശ്രിതത്തിന്റെ ദഹനഫലമായി സിലിൻഡറിലെ താപനില വളരെ കൂടുതലായിരിക്കും. ഈ ഉയർന്ന താപനിലയിൽ തുടർച്ചയായി പ്രവർത്തിക്കേണ്ടിവരുന്നതു യന്ത്രത്തിനു ഹാനികരമാണ്. അതിനാൽ ഈ താപനില അല്പമൊന്നു മിതപ്പെടുത്തേണ്ടതാവശ്യമാണ്. സിലിൻഡറിൽ ഉണ്ടാകുന്ന ചൂടിൽ ഒരു ഭാഗം ഏതെങ്കിലും മാർഗ്ഗമുപയോഗിച്ച് പുറത്തേക്കു വ്യാപരിപ്പിക്കുകയാണ് ശീതനംവഴി സാധിക്കുന്നത്.

ആന്തരദഹനയന്ത്രങ്ങളെ സംബന്ധിച്ചിടത്തോളം പ്രധാനമായി രണ്ടു മാർഗങ്ങളാണ് സ്വീകരിച്ചുവരുന്നത്.

വായുശീതനം. ഈ രീതിയിൽ ശീതനമാധ്യമമായി വായു ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഈ മാർഗ്ഗമുപയോഗിക്കുമ്പോൾ സിലിൻഡറിൽനിന്നുള്ള താപപ്രസരണം ത്വരിതപ്പെടുത്തുവാൻ സിലിണ്ടറിന്റെ ഉപരിതലവിസ്തീർണം ഫിന്നുകളു(Fins)ടെ സഹായത്തോടെ വർധിപ്പിക്കുന്നു.

ജലശീതനം. ജലം ധാരാളമായി കിട്ടുന്ന സ്ഥലങ്ങളിൽ വായുശീതനത്തെക്കാൾ അഭികാമ്യം ജലശീതനമാണ്. ജലം സുലഭമല്ലാത്തപ്പോൾ ഒരിക്കൽ ഉപയോഗിച്ച ജലംതന്നെ, ശീതനജലാശയം (cooling pond) മുതലായവയുടെ സഹായത്തോടെ തണുപ്പിച്ച് വീണ്ടും ഉപയോഗിക്കുന്നു. മോട്ടോർ വാഹനങ്ങളിലെ റേഡിയേറ്ററിന്റെ ഉപയോഗം ഒരിക്കൽ ഉപയോഗിച്ച ജലം വീണ്ടും തണുപ്പിക്കുക എന്നുള്ളതാണ്.

മർദന അനുപാതം. മർദന അനുപാതം കൂടുന്നതനുസരിച്ച് സിലിൻഡറിനുള്ളിൽ മർദനസ്ട്രോക്കിന്റെ അവസാനത്തിലെ മർദവും താപനിലയും വർധിക്കുന്നു. മർദത്തിലും താപനിലയിലും വരുന്ന വർധനവും കാലവിളംബത്തെ കുറയ്ക്കുന്നു.

ഇന്ധന കണീകരണം (Fuel Atomization). ഇന്ധനം വളരെ ചെറിയ കണങ്ങളായി നൽകുന്നത് ജ്വലനകാലവിളംബം കുറയുവാൻ സഹായിക്കുന്നു.

ഇന്ധന അന്തഃക്ഷേപണസമയം. ഇന്ധനം സിലിൻഡറിനുള്ളിലേക്ക് എപ്പോഴാണ് കടത്തുന്നത് എന്നതനുസരിച്ച് ജ്വലനവിളംബത്തിലും വ്യത്യാസം വരും. എല്ലാ യന്ത്രങ്ങളിലും ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ ജ്വലനവിളംബത്തിന് അനുയോജ്യമായ ഒരു അന്തഃക്ഷേപണസമയം ഉണ്ടായിരിക്കും. അന്തഃക്ഷേപണം ഈ സമയത്തിനു മുൻപോ, പിൻപോ ആണെങ്കിൽ 'വിളംബകോൺ' (Delay angle) കൂടുന്നു.

കറക്കവേഗം (Rotation Speed). യന്ത്രത്തിന്റെ കറക്കവേഗം കൂടുമ്പോൾ വിളംബകോണും കൂടുന്നു. എന്നാൽ കാലവിളംബം (സെക്കണ്ടുകളിൽ) കുറയുകയാണ് ചെയ്യുന്നത്. കറക്കവേഗം വർധിക്കുന്നതോടൊപ്പം സിലിൻഡറിനുള്ളിലെ വായുവിന്റെ വിക്ഷുബ്ധത വർധിക്കുകയും അതുമൂലം ഇന്ധനത്തിന്റെ ചൂടാകൽ കൂടുതൽ വേഗത്തിൽ ആകുകയും ചെയ്യുന്നതാണ് ഇതിനു കാരണം.

ഇന്ധനത്തിന്റെ ജ്വലനഗുണം (Ignition Quality). ഇന്ധനത്തിന്റെ ജ്വലനഗുണം 'കാലവിളംബ'ത്തെ വളരെയധികം ബാധിക്കുന്നു. ഉദാഹരണമായി സീറ്റേൻ സംഖ്യ (cetane number) കൂടിയ ഇന്ധനം ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ വിളംബകോൺ (ഡിഗ്രികളിൽ) കുറയുന്നു.

വിസ്ഫോടനം (Detonation)

വളരെക്കാലം മുൻപു മുതൽതന്നെ ആന്തരദഹനയന്ത്രങ്ങളുടെ സിലിൻഡറിൽ ഉണ്ടാകുന്ന 'വിസ്ഫോടനം' എന്ന പ്രതിഭാസത്തെക്കുറിച്ചും അതുമൂലമുണ്ടാകുന്ന സ്ഫോടനധ്വനി(Knocking of sound)യെക്കുറിച്ചും എൻജിനീയർമാർ മനസ്സിലാക്കിയിരുന്നു. എന്നാൽ അതിന്റെ പ്രാധാന്യത്തെക്കുറിച്ചോ കാരണങ്ങളെക്കുറിച്ചോ ശരിയായ വിവരമുണ്ടായിരുന്നില്ല. ബാഷ്പശീല (volatile) ഇന്ധനങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്ന സ്ഫുലിംഗജ്വലന യന്ത്രങ്ങളിൽ യന്ത്രത്തിന്റെ ശക്തി ഉത്പാദനത്തെയും പ്രവർത്തനക്ഷമതയെയും ബാധിക്കുന്ന ഘടകങ്ങളിൽ ഏറ്റവും പ്രാധാന്യമർഹിക്കുന്നത് 'വിസ്ഫോടനം' ആണെന്നു പറയാം. 'വിസ്ഫോടനം' ഒരു യന്ത്രത്തിന്റെ രൂപരേഖയെ വളരെയധികം ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നുവെങ്കിലും അടിസ്ഥാനപരമായി ഇത് ഭൗതികവും രാസപരവുമായ ഒരു പ്രശ്നമാണ്.

'വിസ്ഫോടന'ത്താലുണ്ടാകുന്ന ശബ്ദംമൂലം ഈ പ്രതിഭാസം 'സ്ഫോടനധ്വനി' (Knock or Pinging) എന്ന പേരിൽ അറിയപ്പെടുന്നു. സിലിൻഡറിനുള്ളിലെ വാതകത്തിൽക്കൂടി അതിവേഗതയിൽ സഞ്ചരിക്കുന്ന ഉയർന്ന മർദതരംഗം സിലിൻഡർ ഭിത്തികളിൽ ഏല്പിക്കുന്ന ആഘാതമാണ് ഈ സ്ഫോടനധ്വനിക്കു കാരണം. 'വിസ്ഫോടനധ്വനി'(Detonation knock)ക്ക് ചില കാര്യങ്ങളിൽ 'മുൻജ്വലന സ്ഫോടനധ്വനി' (Pre-ignition knock)യുമായി സാമ്യമുണ്ട്. വളരെ ചൂടുപിടിച്ച സ്പാർക്ക്പ്ളഗ്, സിലിൻഡറിലെ വാതകത്തിൽ അവിടവിടെ ഉണ്ടാകാവുന്ന കരിത്തരികൾ എന്നിവമൂലം നിശ്ചിതസമയത്തിനു മുൻപുതന്നെ ഉണ്ടാകുന്ന ജ്വലനമാണ് മുൻജ്വലനം. ഇതു സാവധാനത്തിൽ അതിശക്തമായ ഒരാഘാതം സിലിൻഡർഭിത്തികളിൽ ഏല്പിക്കുകയും അതിന്റെ ഫലമായുണ്ടാകുന്ന അത്യധികമർദം ലഭ്യമാകേണ്ട ശക്തിയെ കുറയ്ക്കുകയും അവസാനം യന്ത്രപ്രവർത്തനം നിന്നുപോകുവാൻ തന്നെ കാരണമാകുകയും ചെയ്യുന്നു. എന്നാൽ 'വിസ്ഫോടന ധ്വനി' ഇന്ധനത്തിന്റെ ജ്വലനാരംഭത്തിനുശേഷമാണ് ഉണ്ടാകുന്നത്. വിസ്ഫോടനത്തിന്റെ ഉഗ്രത കുറവാണെങ്കിൽ, യന്ത്രനിർവഹണത്തെ കാര്യമായി ബാധിക്കാതെ അതു കൂടുതൽ സമയം നിലനില്ക്കുന്നു. വിസ്ഫോടനം ഉഗ്രമാകുമ്പോൾ സ്പാർക്കു പ്ളഗ് അത്യധികം ചൂടാകുവാനും തത്ഫലമായി മുൻജ്വലനം തുടങ്ങുവാനും സാധ്യതയുണ്ട്. വിസ്ഫോടനം വളരെ കൂടുതലാണെങ്കിൽ യന്ത്രശക്തി കുറയാനും അതു കാരണമാകും.

വിസ്ഫോടനത്തിന്റെ കാരണങ്ങളെപ്പറ്റി പല സിദ്ധാന്തങ്ങളുമുണ്ട്. ജ്വാലാമുഖ (flame front)ത്തിലെ ഉയർന്ന താപനില കാരണം അവിടെയുള്ള ദഹന ഉത്പാദങ്ങൾ വികസിക്കുന്നു. ഈ വികാസംമൂലം, ഇനിയും ദഹനം തുടങ്ങിയിട്ടില്ലാത്ത ഇന്ധനവായുമിശ്രിതം മർദിക്കപ്പെടുകയും അതിന്റെ താപനില വർധിച്ച് സ്വയം ജ്വലനത്തിനു വിധേയമാകുകയും ചെയ്യുന്നു. വിസ്ഫോടനത്തെക്കുറിച്ചുള്ള പല സിദ്ധാന്തങ്ങളിൽ ഒന്നു മാത്രമാണിത്.

വിസ്ഫോടനത്തെ സ്വാധീനിക്കുന്ന ഘടകങ്ങൾ താഴെ പറയുന്നവയാണ്:

1. ഇന്ധനത്തിന്റെ പ്രത്യേകതകൾ: (a) തൻമാത്രീയ ഘടന (molecular structure), (b) ജ്വലന താപനില (temperature of self ignition), (c) ജ്വലനനിരക്ക് (rate of burning).

2. സിലിൻഡർ ചാർജിന്റെ പ്രത്യേകതകൾ: (a) ഇന്ധന-വായു അനുപാതം, (b) സിലിൻഡറിനുള്ളിലെ മിശ്രിതത്തിന്റെ വിതരണം (distribution), (c) മിശ്രിതത്തിന്റെ താപനില, (d) മിശ്രിതത്തിന്റെ സാന്ദ്രത.

3.മർദന അനുപാതം: (a) മർദന സമ്മർദം (Compression Pressure), (b) മർദന താപനില, (c) വാൽവ് അടയ്ക്കുകയും തുറക്കുകയും ചെയ്യുന്ന സമയം (valve timinng)

4.ജ്വലനം: (a) സ്പാർക്കുപ്ലഗ്ഗിന്റെ സ്ഥാനം, (b) ജ്വലനസമയം.

5.ദഹന-അറ: (a) ആകൃതി, (b) പദാർഥം (Material), (c) പ്രതലത്തിന്റെ പ്രത്യേകതകൾ (Surface Conditions).

സ്ഫുലിംഗജ്വലനയന്ത്രത്തിലെ വിസ്ഫോടനത്തെക്കുറിച്ചാണ് ഇത്രയും പ്രസ്താവിച്ചത്. മർദന ജ്വലനയന്ത്രത്തിന് വിസ്ഫോടനം എന്നതിനു പകരം 'ഇന്ധന ഇടി' (fuel knock) എന്ന പദമാണ് കൂടുതൽ യോജിച്ചത്. ഇന്ധനദഹനത്തിന്റെ രണ്ടാംഘട്ടത്തിലെ അത്യധികനിരക്കിലുള്ള മർദനവർധനവും അതുകൊണ്ട് ഉണ്ടാകാവുന്ന 'ഇടി' ശബ്ദവുമാണ് മർദന ജ്വലനയന്ത്രത്തിലെ ഇന്ധന ഇടി. അത്യധികമായ കാലവിളംബവും അതിശീഘ്രഗതിയിലുള്ള അന്തഃക്ഷേപണവുമാണ് ഇതിനു കാരണം. ജ്വലനകാലവിളംബം കുറയ്ക്കുന്നതുമൂലം ഇതു മിക്കവാറും ഒഴിവാക്കുവാൻ കഴിയും.

സൂപ്പർ ചാർജിങ്

ഒരു പ്രവേശന സ്ട്രോക്കിൽ സാധാരണഗതിയിൽ സിലിൻഡറിന് ഉൾക്കൊള്ളാൻ സാധിക്കുന്നതിൽ കൂടുതൽ വായു സിലിൻഡറിൽ പ്രവേശിപ്പിക്കുന്നതിനാണ് സൂപ്പർ ചാർജിങ് എന്നു പറയുന്നത്. വായുവിന്റെ മർദം വർധിപ്പിക്കുന്നതാണ് പ്രവേശിപ്പിക്കുന്ന വായുവിന്റെ ഭാരത്തിൽ വരുന്ന വർധനവിനു കാരണം. കൂടുതൽ വായു പ്രവേശിപ്പിക്കുന്നതുകൊണ്ട് കൂടുതൽ ഇന്ധനം കത്തിക്കുവാനും തൻമൂലം ഒരു ചക്ര(cycle)ത്തിൽ ഉത്പാദിപ്പിക്കാവുന്ന യന്ത്രശക്തി വർധിപ്പിക്കുവാനും കഴിയുന്നു.

വളരെ ഉയരത്തിൽ (താഴ്ന്ന അന്തരീക്ഷ മർദത്തിൽ) പ്രവർത്തിക്കുന്ന യന്ത്രങ്ങളുടെ ശക്തി, സാധാരണനിലയിൽ കിട്ടുന്നതിനെക്കാൾ കുറവായിരിക്കും. ഉദാഹരണമായി ഏകദേശം 2400 മീ. ഉയരത്തിൽ പറക്കുന്ന ഒരു വിമാനത്തിലെ യന്ത്രശക്തി ഭൂതലത്തിൽ പ്രവർത്തിക്കുമ്പോൾ കിട്ടുന്നതിനെക്കാൾ 70 ശ.മാ. കുറവായിരിക്കും. സൂപ്പർ ചാർജിങ് മൂലം ഈ ശക്തിക്ഷയം പരിഹരിക്കാം. ഒരു ബ്ലോവറിന്റെ (blower) സഹായത്തോടെയാണ് സാധാരണയായി വായുമർദം വർധിപ്പിക്കുന്നത്.

സൂപ്പർ ചാർജിങ്ങ് കൊണ്ടുള്ള പ്രയോജനങ്ങൾ താഴെ പറയുന്നവയാണ്.

(1) സിലിൻഡറിലെ മാധ്യസഫലമർദം (mean-effective pressure)0-50% വർധിക്കുന്നു; തൻമൂലം യന്ത്രശക്തി ഗണ്യമായി വർധിക്കുന്നു. (2) ഒരു സൂപ്പർ ചാർജർ ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ മൊത്തത്തിലുള്ള ഘർഷണനഷ്ടങ്ങൾ (frictional losses) കൂടുന്നു. എന്നാൽ യന്ത്രശക്തിയുടെ വർധന നിരക്കിനെക്കാൾ കുറവാണ് ഘർഷണനഷ്ടത്തിൽ വരുന്ന വർധനനിരക്ക്. അതിനാൽ യന്ത്രത്തിന്റെ യാന്ത്രികക്ഷമത വർധിക്കുന്നു. (3) ഇന്ധന വായുമിശ്രണം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതുകൊണ്ട് ഇന്ധനദഹനം മിക്കവാറും പൂർണമായി നടക്കുന്നു. തൻമൂലം ഇന്ധന ഉപഭോഗം (fuel consumption) കുറയുന്നു. ഒരു യന്ത്രത്തിനു താങ്ങാവുന്ന മർദവും, താപപ്രതിബല(heat stress)വും കണക്കിലെടുത്തു വേണം സൂപ്പർ ചാർജിങിന്റെ തോത് നിർണയിക്കാൻ.

ഊഷ്മതുലനക്കണക്ക്, ഊഷ്മതുലനലേഖ (Heat balance,heat balance chart). യന്ത്രത്തിനു നല്കുന്ന താപോർജത്തിൽ ഒരംശം മാത്രമേ ബ്രേക് കുതിരശക്തിയുടെ രൂപത്തിൽ പ്രയോജനപ്പെടുന്നുള്ളു. ഇത് ആകെ താപത്തിന്റെ 30-40 ശ.മാ. മാത്രമേ ആകുന്നുള്ളു. ബാക്കിയുള്ള താപത്തിൽ ഒരു ഭാഗം ശീതനജലം, രേചനവാതകം (exhaust gas) എന്നിവ വഴിയും, ബാക്കി വികിരണം മൂലവും മറ്റും നഷ്ടപ്പെടുന്നു. യന്ത്രത്തിന് ഒരു നിശ്ചിത സമയത്തിൽ നല്കിയതും വിവിധ രൂപത്തിൽ നഷ്ടപ്പെട്ടതും ഉപയോഗപ്പെടുത്തിയതുമായ താപത്തിന്റെ ഒരു തുലനക്കണക്ക് ഉണ്ടാക്കുകവഴി യന്ത്രത്തിന്റെ നിർവഹണത്തെപ്പറ്റിയുള്ള ഏകദേശരൂപം എളുപ്പത്തിൽ ലഭിക്കുന്നതാണ്.

ഇതും കാണുക

• ബാഹ്യ ദഹനയന്ത്രം

അവലംബം

കടപ്പാട്: കേരള സർക്കാർ ഗ്നൂ സ്വതന്ത്ര പ്രസിദ്ധീകരണാനുമതി പ്രകാരം ഓൺലൈനിൽ പ്രസിദ്ധീകരിച്ച മലയാളം സർ‌വ്വവിജ്ഞാനകോശത്തിലെ ആന്തരദഹനയന്ത്രം എന്ന ലേഖനത്തിന്റെ ഉള്ളടക്കം ഈ ലേഖനത്തിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നുണ്ട്. വിക്കിപീഡിയയിലേക്ക് പകർത്തിയതിന് ശേഷം പ്രസ്തുത ഉള്ളടക്കത്തിന് സാരമായ മാറ്റങ്ങൾ വന്നിട്ടുണ്ടാകാം.