ইঞ্জিনের মূল কর্মপদ্ধতি বা ইঞ্জিনের কার্যপদ্ধতি সম্পর্কে বিস্তারিত আলোচনা

আমরা জানি, ইঞ্জিন যান্ত্রিক শক্তির উৎস। কিন্তু আমাদের মনে প্রশ্ন জাগা স্বাভাবিক ইঞ্জিন কিভাবে চলে? আবার তা থেকে আমরা শক্তিই বা পাই কিভাবে? ইঞ্জিনের যান্ত্রিক শক্তির উৎস জ্বালানি (পেট্রোল, ডিজেল বা অন্য কোন গ্যাসীয় জ্বালানি)। ইঞ্জিনে ব্যবহৃত জ্বালানি দহনের ফলে সিলিন্ডারের ভেতর প্রচন্ড তাপ শক্তি উৎপন্ন হয়। এ তাপ দিয়ে সিলিন্ডারের ভেতরের গ্যাসীয় পদার্থের সম্প্রসারণের ফলে সৃষ্টি হয় প্রচন্ড চাপ।

প্রযুক্ত চাপের ক্রিয়ায় ইঞ্জিনের পিস্টন সিলিন্ডারের ভেতর ওঠা-নামা করে। আবার পিস্টনের সাথে ইঞ্জিনের ক্র্যাংকশ্যাফট (Crankshaft) সংযুক্ত থাকে। পিস্টনের ওঠা-নামার ফলে ইঞ্জিনের ক্র্যাংকশ্যাফট ঘুরতে থাকে এবং ক্র্যাংকশ্যাফটের সাথে সংযুক্ত ফ্লাইহুইল (Flywheel) থেকে যান্ত্রিক শক্তি উৎপন্ন হয়। এ থেকে আমরা বলতে পারি, ইঞ্জিনের অংশগুলোর বিভিন্ন ক্রিয়ার ফলেই আমরা যান্ত্রিক শক্তি পাই।

এ সাথে আমরা স্ট্রোক বা ধাপ জেনে নেই। সিলিন্ডারের ভেতরে পিস্টন সর্বোচ্চ অবস্থান থেকে (T.D.C.= Top dead centre) সর্বনিন্ম অবস্থানে (B.D.C.= Bottom dead centre) যেতে যে দূরত্ব অতিক্রম করে তাকেই স্ট্রোক বলে। একে খ দিয়ে সূচিত করা হয় এবং মিঃ মিঃ বা সেঃ মিঃ দিয়ে প্রকাশ করা হয়।

জ্বালানি দহনের ফলে তাপ ও চাপ হতে যান্ত্রিক শক্তি উৎপন্ন হওয়ার সমস্ত কর্মপদ্ধতি ৪টি ধাপে চক্রাকারে (Cyclic order) সম্পন্ন হয়। এ দু’চক্র বা সাইকেল সমাপ্ত হওয়ার এ পদ্ধতি অনুযায়ী ইঞ্জিনকে দু'ভাগে ভাগ করা হয়।

(ক) ৪-স্ট্রোক সাইকেল ইঞ্জিনের মূল কর্ম পদ্ধতিঃ

একটি ৪ স্ট্রোক (সিলিন্ডারের ভেতরে পিস্টন সর্বোচ্চ অবস্থান থেকে সর্বনিম্ন অবস্থানে যেতে যে দূরত্ব অতিক্রম করে তাকেই স্ট্রোক বলে।) ইঞ্জিন তার সমস্ত প্রক্রিয়া পিস্টনের চারটি স্ট্রোক এবং ক্র্যাংক শ্যাফটের দু’বার ঘুর্ণন সময়ের মধ্যে সম্পন্ন করে। অর্থাৎ ৪- স্ট্রোক ইঞ্জিনে প্রতি চার স্ট্রোকে একবার ফুয়েল দগ্ধ করে একবার শক্তি উৎপন্ন করে। এতে ক্র্যাংক শ্যাফটের আবর্তনের ঘূর্ণয়নমান ৭২০°।

এ ইঞ্জিনের সংকুচিত বায়ুতে (ডিজেল ইঞ্জিনের ক্ষেত্রে) অথবা সংকুচিত বায়ু-জ্বালানি মিশ্রনে (পেট্রোল ইঞ্জিনের ক্ষেত্রে) আগুন জ্বালালে গ্যাসের আয়তন প্রচুর পরিমাণে বেড়ে যায়। এ প্রচন্ড চাপ পিস্টনকে নিচের দিকে নামিয়ে দেয়। পিষ্টন কর্তৃক গৃহীত শক্তি কানেকটিং রডের মাধ্যমে ক্র্যাংক শ্যাফটে স্থানান্তরিত হয়। এভাবে পিষ্টনের ওঠা-নামা গতি ক্র্যাংক শ্যাফটের ঘুর্ণন গতিতে রূপান্তরিত হয়।

ক্র্যাংক শ্যাফটে যুক্ত ফ্লাইহুইল (Flywheel) থেকে শক্তিকে পাওয়ার ট্রান্সমিশন সিষ্টেমের মাধ্যমে প্রয়োজনীয় কার্য সম্পাদনের জন্য নিয়ে যাওয়া হয়। এটা ৪- স্ট্রোক ইঞ্জিনের মূলনীতি।

অর্থাৎ ৪- স্ট্রোক ইঞ্জিনে প্রতি চার স্ট্রোকে একবার ফুয়েল দগ্ধ করে একবার শক্তি উৎপন্ন করে।

এ ধরনের ইঞ্জিনে সমস্ত কর্ম পদ্ধতি চারটি ধাপে চক্রাকারে সমাপ্ত হয়। ধাপ চারটি হচ্ছে -

(১) শোষণ ধাপ (Suction Stroke)

(২) সংকোচন ধাপ (Compression stroke)

(৩) শক্তি ধাপ (Power stroke)

(৪) নিষ্কাশন ধাপ (Exhaust stroke)

১। শোষন ধাপ (Suction Stroke):

শোষন ধাপ আরম্ভ হবার সময়ে পিস্টনটি সিলিন্ডারের ভেতর প্রায় সর্বোচ্চ স্থানে (T.C.D.) থাকে এবং ইনলেট ভাল্বটি খুলে যায়। ফলে বাইরে থেকে সিলিন্ডারের ভেতরে বায়ু (ডিজেল ইঞ্জিনের ক্ষেত্রে) অথবা বায়ু ও জ্বালানির মিশ্রণ (পেট্রোল ইঞ্জিনের ক্ষেত্রে) প্রবেশ করে। এ সময় নিষ্কাশন ভাল্‌ভ (Exhaust valve) বন্ধ থাকে। পিস্টন টি.ডি.সি.(T.D.C.) থেকে বি.ডি.সি.(B.D.C.) এর দিকে যেতে থাকে।

ফলে সিলিন্ডারের ভেতর শূন্যতার সৃষ্টি হয় এবং সিলিন্ডারের ভেতরের বায়ুর চাপ বাইরের চাপ অপেক্ষা কমে যায়। চাপের এ পার্থক্যের কারণে বাইরে থেকে বায়ু (ডিজেল ইঞ্জিনের ক্ষেত্রে) বা বায়ু ও জ্বালানির মিশ্রণ (পেট্রোল ইঞ্জিনের ক্ষেত্রে) খোলা প্রবেশ পথে সিলিন্ডারে প্রবেশ করে। পিস্টনটি সর্বনিম্ন অবস্থান (B.D.C.) পার হয়ে পুনরায় ওপরে (T.D.C.) উঠে আসার পূর্ব মুহূর্ত পর্যন্ত এ প্রক্রিয়া চলতে থাকে।

পিস্টন যখন ঞউঈ থেকে ইউঈ তে পৌছায় তখন একটি শোষণ ধাপ (Suction stroke) সম্পন্ন হয়। এ সময় ইনলেট ভাল্ভটি বন্ধ হয়ে যায়। পিস্টনটি B.D.C. তে পৌছার সাথে সাথে এ ধাপের সমাপ্তি ঘটে।

২। সংকোচন ধাপ (Compression stroke):

শোষন ধাপ শেষ হবার সাথে সাথে সংকোচন ধাপ শুরু হয় এবং পিস্টন সর্বনি অবস্থান (B.D.C.) থেকে সর্বোচ্চ অবস্থানে (T.D.C.) উঠে আসতে থাকে।সংকোচন ধাপে ইনলেট ভালভ্ ও নিস্কাশন ভাল্ভ (Exhaust valve) উভয়ই বন্ধ থাকে। এ অবস্থায় বায়ু (ডিজেল ইঞ্জিনের ক্ষেত্রে) বা জ্বালানি মিশ্রিত বায়ু (পেট্রোল ইঞ্জিনের ক্ষেত্রে ) সিলিন্ডারের ভেতর সংকুচিত হওয়ার ফলে অত্যধিক উত্তপ্ত হয়। পিস্টন সিলিন্ডারের সর্বোচ্চ স্থানে (T.D.C) ওঠার ঠিক পূর্ব মুহুত পর্যন্ত এ প্রক্রিয়া চলতে থাকে এবং প্রচন্ড চাপে বায়ু বা জ্বালানি মিশ্রিত বায়ু সংকুচিত হতে থাকে।

পিস্টন সর্বোচ্চ অবস্থানে (T.D.C) পৌঁছার পর এ ধাপ সম্পন্ন হয়। ডিজেল ইঞ্জিনের প্রজ্বলন তাপ ২০০০°C এর চাপ ৫৫-৬০ কেজি/বর্গ সেঃমিঃ কিন্তু পেট্রোল ইঞ্জিনের ক্ষেত্রে প্রজ্বলন তাপ ১২০০°C এবং চাপ ২০ কেজি/বর্গ সেঃমিঃ। তবে পেট্রোল ইঞ্জিনের ক্ষেত্রে সংকোচন চাপ ৭-১০ কেজি/বর্গ সেঃমিঃ এবং ডিজেল ইঞ্জিনের ক্ষেত্রে ৪০-৪৫ কেজি/বর্গ সেঃ মিঃ হয়ে থাকে।

অর্থাৎ এ ধরনের ইঞ্জিনে সাধারণত প্রবেশ ও নির্গমন ভাল্‌ভ থাকে না।

৩। শক্তি ধাপ (Power stroke):

শক্তি ধাপ চলাকালীন সময় ইনলেট ভালভ ও নিস্কাশন ভালভ দু'টো বন্ধ থাকে। সংকোচন ধাপের (Compression stroke) প্রায় শেষের দিকে পিস্টন যখন সর্বোচ্চ অবস্থানে (T.D.C.) পৌছাতে যাচ্ছে ঠিক তখনই শক্তি ধাপ শুরু হয়। তখন ইনজেক্টর (ডিজেল ইঞ্জিনের ক্ষেত্রে) সিলিন্ডারের ভেতর সংকুচিত ও প্রচন্ড উত্তপ্ত বায়ুতে উচ্চ চাপে স্প্রে আকারে ডিজেল জ্বালানি ইনজেক্ট করে অথবা স্পার্ক প্লাগ(পেট্রোল ইঞ্জিনের ক্ষেত্রে) সিলিন্ডারে সংকুচিত বায়ু জ্বালানি মিশ্রণে বৈদ্যুতিক স্পার্ক (Electric spark) উৎপন্ন করে।

 ডিজেল ইঞ্জিনের ক্ষেত্রে সংকুচিত বাতাসের প্রচন্ড তাপ (Heat of compression) এবং পেট্রোল ইঞ্জিনের ক্ষেত্রে বৈদ্যুতিক স্পার্ক (Electrical spark) জ্বালানিকে প্রজ্বলিত করে। এ প্রজ্জ্বলন প্রক্রিয়াকে ইগ্‌নিশন (Ignition) বলে। ইগনিশনের ফলে আরও প্রচন্ড তাপ ও চাপের সৃষ্টি হয়। উক্ত প্রচন্ড চাপের ফলে পিস্টন সর্বোচ্চ অবস্থা (T.D.C.) থেকে সর্বনিম্ন অবস্থান (BDC) এর দিকে নেমে আসতে থাকে।

এ প্রক্রিয়াকে শক্তি ধাপ (Power stroke) বলে। এ শক্তি ধাপে তাপশক্তি যান্ত্রিক শক্তিতে রূপান্তরিত হয় এবং পিষ্টন কর্তৃক গৃহীত শক্তি কানেকটিং রডের মাধ্যমে ক্র্যাংক শ্যাফটে পৌছায়।

এখানে উল্লেখ্য যে, পেট্রোল ও ডিজেল ইঞ্জিনে সংকোচন চাপ সাধারণত ২৫০-৩০০°C এবং ৬০০°C (লোহিত তাপে)। 

অর্থাৎ সংকোচন ধাপের প্রায় শেষের দিকে পিস্টন যখন সর্বোচ্চ অবস্থানে পৌছাতে যাচ্ছে ঠিক তখনই শক্তি ধাপ শুরু হয়।

৪। নিষ্কাশন ধাপ (Exhaust stroke):

শক্তি ধাপের (Power stroke) শেষের দিকে নিষ্কাশন ভাল্ভটি খুলে যায়। পিস্টন সর্বনিম্ন অবস্থান (BDC) থেকে সর্বোচ্চ স্থানে (TDC) উঠতে থাকে এবং ঊর্ধ্বমুখী পিস্টনের চাপে দগ্ধ হওয়া গ্যাস এগ্‌জষ্ট ভাল্‌ভ বা নিস্কাশন ভাল্ভ দিয়ে বের হয়ে যায়। এ ধাপে ইনলেট ভাল্ভটি বন্ধ থাকে। পিষ্টন সর্বোচ্চ স্থানে (TDC) পৌঁছলে এ ধাপ সম্পন্ন হয় এবং নিস্কাশন ভাল্ভ বন্ধ হয়ে যায়।

উপরোক্ত চারটি ধাপ সম্পন্ন হবার সময় ক্র্যাংক শ্যাফট (Crankshaft) মাত্র দু’বার ঘুরে। এভাবে ৪ স্ট্রোক সাইকেল ইঞ্জিনের মূল কার্যক্রম চক্রাকারে চলতে থাকে।

অর্থাৎ নিষ্কাশন ধাপে ইনলেট ভাল্ভটি বন্ধ থাকে।

২-স্ট্রোক সাইকেল ইঞ্জিনের মূল কর্মপদ্ধতিঃ

দ্বিঘাত চক্র ইঞ্জিনের কর্মপদ্ধতি (শোষণ, সংকোচন, শক্তি ও নির্গমন ধাপ)। পিস্টনের দুই স্ট্রোক অর্থাৎ ক্র্যাংক শ্যাফটের এক আবর্তনে সমাপ্ত হয়। এ ধরনের ইঞ্জিনে সাধারণত প্রবেশ ও নির্গমন ভাল্ভ থাকে না। সিলিন্ডারের গায়ের ছিদ্র পথগুলো প্রবেশ ও নির্গমন দ্বার হিসেবে কাজ করে এবং পিস্টন পাত্র দিয়ে এগুলো নিয়ন্তিত হয়। প্রবেশ দ্বার নির্গমন দ্বারের কিছুটা নিচে লাগানো থাকে।

এ প্রকার ইঞ্জিনে অনেক ক্ষেত্রে একমুখী ভাল্‌ল্ভের মাধ্যমে প্রবেশ দ্বারকে নিয়ন্ত্রণ করা হয়। এটা সাধারণত ক্র্যাংক কেজের গায়ে সন্নিবেশিত থাকে৷ দ্বিঘাত চক্র ইঞ্জিনের ক্ষেত্রে শোষণ ও সংকোচন ধাপ যেমন একই সময়ে তেমনই শক্তি ও নির্গমন ধাপ একই সাথে সংঘটিত হয়ে ক্র্যাংকশ্যাফটের এক আবর্তনে একটি মাত্র শক্তি ধাপ উৎপন্ন করে।

সুতরাং দ্বিঘাত চক্র ইঞ্জিন তুলনামূলক ভাবে হালকা এবং বেশি কর্মদক্ষ। এর কর্মপদ্ধতি চতুর্ঘাত চক্র ইঞ্জিনের চেয়ে ভিন্নতর।

২-স্ট্রোক ইঞ্জিনে পিস্টন নিচ থেকে ওপরে উঠলে দুটো কাজ করে-

১। সংকোচন ধাপ (Compression Stroke)

২। শোষণ ধাপ (Suction Stroke)

আবার পিস্টন ওপর থেকে নিচে নামলে দুটো কাজ করে-

১। শক্তি ধাপ (Power Stroke)

২। নিষ্কাশন ধাপ (Exhaust Stroke)

ইঞ্জিন শীতলীকরণ বা ইঞ্জিন কুলিং পদ্ধতি সম্পর্কে বিস্তারিত আলোচনা

সংকোচন ধাপ ও শোষণ ধাপঃ

পিস্টন যখন সর্বনিম্ন অবস্থানে (B.D.C.) থাকে তখন প্রবেশ পথটি (Inlet port) বন্ধ থাকে এবং স্ক্যাভেঞ্জিং বা ট্রান্সফার পোর্ট ও নিষ্কাশন পোর্ট দুটো খোলা থাকে। পিস্টন যখন সর্বনিম্ন স্থান থেকে সর্বোচ্চ স্থানে উঠতে থাকে তখন শোষন ধাপ আরম্ভ হয়। এ অবস্থায় ক্র্যাংক কেইজের ভেতরের বায়ুর চাপ বায়ু মন্ডলের বায়ুর চাপ অপেক্ষা কমে আসে। ফলে প্রবেশ পথটি খুলে যায়। খোলা প্রবেশ পথে পরিস্কার বায়ু (ডিজেল ইঞ্জিনের ক্ষেত্রে) বা জ্বালানি-বায়ুর মিশ্রণ (পেট্রোল ইঞ্জিনের ক্ষেত্রে) ক্র্যাংক কেইজে প্রবেশ করে।

পিস্টনটি আরও উপরে উঠলে স্ক্যাভেঞ্জিং বা ট্রান্সফার পোর্ট ও নির্গমন পথ দুটো বন্ধ হয়ে যায়। ফলে পিস্টনের উপরের বায়ু বা মিশ্রণ যা পূর্ববর্তী স্ট্রোকে ক্র্যাংক কেইজ থেকে ট্রান্সফার পোর্টের মাধ্যমে প্রজ্বলন প্রকোষ্ঠ বা সিলিন্ডারে প্রবেশ করে সংকুচিত হতে থাকে। এখান থেকেই সংকোচন শুরু হয় এবং পিস্টন সর্বোচ্চ স্থানে ওঠা পর্যন্ত এ প্রক্রিয়া চলতে থাকে। সংকোচনের ফলে প্রচন্ড চাপ ও তাপের সৃষ্টি হয়।

অর্থাৎ খোলা প্রবেশ পথে পরিস্কার বায়ু (ডিজেল ইঞ্জিনের ক্ষেত্রে) বা জ্বালানি-বায়ুর মিশ্রণ (পেট্রোল ইঞ্জিনের ক্ষেত্রে) ক্র্যাংক কেইজে প্রবেশ করে।

পেট্রোল ইঞ্জিনের প্রধান কার্যকরী অংশসমূহ সম্পর্কে বিস্তারিত আলোচনা

শক্তি ধাপ ও নিষ্কাশন ধাপঃ

পিস্টন সর্বোচ্চ স্থানে পৌঁছানোর ঠিক পূর্ব মুহুর্তে ইনজেক্টর সংকুচিত ও উত্তপ্ত বায়ুতে ডিজেল ইনজেক্ট করে (ডিজেল ইঞ্জিনের ক্ষেত্রে) অথবা স্পার্ক প্লাগ সংকুচিত বায়ু-জ্বালানি মিশ্রণে স্পার্ক প্রদান করে(পেট্রোল ইঞ্জিনের ক্ষেত্রে)। এ অবস্থায় জ্বালানি প্রজ্জ্বলিত হয়ে বিস্ফোরণ ঘটায়। দগ্ধ গ্যাস আয়তনে বেড়ে যায় এবং পিস্টনকে প্রচন্ড বেগে নিচের দিকে ধাক্কা দেয়। ফলে পিস্টন নিচের দিকে নামতে থাকে। 

এ প্রক্রিয়াটি শক্তি ধাপ। পিস্টন যখন আরও নিচে নামে এবং স্ক্যাভেঞ্জিং ও নির্গমন পথ দু'টো খুলে যায়। তখন নির্গমন দ্বার দিয়ে পোড়া গ্যাস বের হতে শুরু করে। একই সাথে পিস্টনটি নিচে নামার কারণে ক্র্যাংককেইজে চাপ বেড়ে যায় এবং বায়ু বা জ্বালানি ও বায়ুর মিশ্রণ স্ক্যাভেঞ্জিং পথ দিয়ে সিলিন্ডারে প্রবেশ করতে থাকে।

অর্থাৎ দগ্ধ গ্যাস আয়তনে বেড়ে যায় এবং পিস্টনকে প্রচন্ড বেগে নিচের দিকে ধাক্কা দেয়। ফলে পিস্টন নিচের দিকে নামতে থাকে।

ডিজেল ইঞ্জিন ও পেট্রোল ইঞ্জিনের মধ্যে পার্থক্য

ইঞ্জিন নিয়ে বিস্তারিত আলোচনা