Automotive: Mechanic Diesel – Diesel Engine Components 🛠️

Related Theory for Exercise 1.8.46

Description and constructional feature of cylinder head ⚙️

Objectives: આ લેસનના અંતે તમે નીચેની બાબતો શીખી શકશો:

• Cylinder head ના constructional features (બનાવટની વિશેષતાઓ) જણાવવી.
• Cylinder head design નું મહત્વ સમજાવવું.

Cylinder head (Fig 1) 🔩

Cylinder head એક single casting (એક જ ટુકડામાં ઢાળેલું) માંથી બનાવવામાં આવે છે. તેને cylinder block ની ઉપર bolt દ્વારા ફિટ કરવામાં આવે છે. તેમાં oil અને water circulation માટે passages (રસ્તાઓ) હોય છે. આમાં valves, spark plugs/injectors (ડીઝલ એન્જિનના કિસ્સામાં) અને heater plug માટે જગ્યા હોય છે. કેટલાક cylinder heads માં combustion chamber (દહન કક્ષ) પણ આપવામાં આવે છે. Overhead valve system ના કિસ્સામાં, cylinder head rocker shaft assembly ને સપોર્ટ આપે છે.

(Fig 1 ના મુખ્ય ભાગો):

• Valve door cover (વાલ્વ ડોર કવર)
• Cylinder head (સીલિન્ડર હેડ)
• Engine block (એન્જિન બ્લોક)
• Oil pan (ઓઈલ પેન)

Cylinder head ની નીચેની સપાટીને ચોકસાઈથી machined કરવામાં આવે છે અને લીકેજ ટાળવા માટે cylinder head અને cylinder block ની વચ્ચે gasket નો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.

Head માં એવા રસ્તાઓ (passages) માટે પણ જગ્યા આપવામાં આવી છે જે એન્જિનમાં air feed કરે છે, cylinder માં પાણી પહોંચાડે છે અને exhaust gas ને બહાર નીકળવા દે છે. 🌬️💨

Material (સામગ્રી): 🧱

Cylinder head સામાન્ય રીતે Cast iron અથવા Aluminium alloy માંથી બનાવવામાં આવે છે.

Diesel engine માં, ઈંધણને (fuel) C.I. engine cylinder ના combustion chamber માં high compression pressure સામે ઈન્જેક્ટ કરવામાં આવે છે. Combustion નીચેના પરિબળો (factors) પર આધાર રાખે છે:

• Fine atomization (ઈંધણના ઝીણા ટીપાંમાં રૂપાંતર).
• ઝડપી સળગવા માટે High temperature.
• Air અને fuel particles વચ્ચે High relative velocity.
• Air અને fuel particles નું Good mixing.

Atomization, preparation અને fuel નું ફેલાવવું એ injection system, cylinder bore and stroke, compression ratio અને cooling system પર આધાર રાખે છે જે operating temperature નક્કી કરે છે. Fuel mixing એ air intake system, injection pattern અને combustion chamber design પર આધાર રાખે છે. 🧪

Combustion chamber ની design એ combustion process (દહન પ્રક્રિયા) માં મહત્વનો ભાગ ભજવે છે. 💥 Diesel engines માં નીચે મુજબના combustion chambers ના પ્રકારો વપરાય છે:

(a) Open combustion chambers (Fig 2) (b) Turbulence chambers (Fig 3) (c) Pre combustion chamber (Fig 4) (d) Air cells (Fig 5) (e) Energy cells (Fig 6)

(a) Open combustion chambers 🌀

Open type chamber માં, બધી જ હવા (air) injection ના સમયે એક જ જગ્યાએ હોય છે. આ combustion chamber નું સૌથી સરળ સ્વરૂપ છે જેમાં injection nozzle સીધું જ combustion chamber માં ઈંધણનો છંટકાવ કરે છે. આ ગોઠવણીને open system અથવા direct injection system તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.

આ પ્રકારના ચેમ્બરમાં, ઈંધણની ગતિ (fuel motion) હવા કરતા વધારે હોય છે જેના પર દહનનો સ્વભાવ મોટાભાગે આધાર રાખે છે. હવા અને ઈંધણને એકસાથે લાવવા માટે, આધુનિક એન્જિનોમાં flat head piston ને બદલે concave head piston વાપરવામાં આવે છે. Piston crown પરની ઊંડી cut-out swirl cup નો હાલમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે.

(Fig 2: Open Combustion Chamber with Swirl Cup) આમાં piston, cylinder, nozzle અને combustion chamber (swirl cup) દર્શાવવામાં આવ્યા છે.

Open combustion chambers નો ઉપયોગ મધ્યમ અને મોટા કદના (medium and large-bore) એન્જિનોમાં થાય છે જે low અને medium speeds પર કામ કરે છે. 🚛

(b) Turbulence chambers (Fig 3) 🌪️

આ પ્રકારના ચેમ્બરમાં, ઈંધણને એક સહાયક ચેમ્બરમાં ઈન્જેક્ટ કરવામાં આવે છે જેને turbulence chamber કહેવાય છે, જે cylinder સાથે એક orifice (કાણા) દ્વારા જોડાયેલું હોય છે. આ auxiliary chamber માં compression ના અંતે લગભગ બધી જ હવા આવી જાય છે અને તે આકારમાં ગોળાકાર (spherical) હોય છે.

જ્યારે piston ઉપર જાય છે, ત્યારે તે હવાને turbulence chamber માં ધકેલે છે અને એક ઝડપી rotary motion (ગોળ ગતિ) ઉભી કરે છે. જેમ piston ઉપર આવે છે, તેમ orifice દ્વારા હવાની ગતિ વધે છે અને T.D.C. થી થોડા સમય પહેલા તે તેની ટોચ પર પહોંચે છે. Compression stroke ના અંતે, injector nozzle ઈંધણને આ હવાના વમળમાં (turbulent air currents) ઈન્જેક્ટ કરે છે, જેના પરિણામે combustion દરમિયાન સારું mixing થાય છે.

(c) Pre-combustion chamber (Fig 4) 🔥

આ ચેમ્બર cylinder head માં સ્થિત હોય છે અને નાના કાણાઓ દ્વારા engine cylinder સાથે જોડાયેલું હોય છે. તે કુલ cylinder volume ના 40% જેટલી જગ્યા રોકે છે. Compression stroke દરમિયાન, main cylinder માંથી હવા pre-combustion chamber માં પ્રવેશે છે. આ ક્ષણે, ઈંધણને pre-combustion chamber માં ઈન્જેક્ટ કરવામાં આવે છે અને દહન શરૂ થાય છે.

દબાણ વધે છે અને ઈંધણના ટીપાં (fuel droplets) નાના કાણાઓ દ્વારા main cylinder માં ધકેલાય છે, જેના પરિણામે ઈંધણ અને હવાનું ખૂબ સારું મિશ્રણ થાય છે. મોટાભાગનું combustion ખરેખર main cylinder માં થાય છે. આ પ્રકારનું ચેમ્બર multi-fuel capability ધરાવે છે કારણ કે prechamber નું તાપમાન main combustion event પહેલા ઈંધણને બાષ્પીભવન (vaporize) કરી દે છે.

(d) Air cells (Fig 5) 💨

Air cell એ cylinder head અથવા piston crown માં આપેલી એક જગ્યા છે જેમાં compression દરમિયાન હવાનો મોટો ભાગ કેદ થઈ જાય છે. Air cell systems માં, injector nozzle સીધું જ main chamber માં ઈંધણનો છંટકાવ કરે છે જ્યાં દહન થાય છે.

જ્યારે piston તેના working અથવા power stroke પર નીચે જાય છે, ત્યારે cell માં હવાનું દબાણ મહત્તમ હોય છે અને main combustion chamber માં દબાણ ઘટવા લાગે છે. Air cell માં રહેલું ઉચ્ચ દબાણ હવાને વિસ્તૃત (expand) થવા અને main chamber માં બહાર આવવા માટે મજબૂર કરે છે. આ રીતે વધારાનું turbulence પેદા થાય છે અને fuel charge નું સંપૂર્ણ દહન સુનિશ્ચિત થાય છે.

વધુ સારા પરફોર્મન્સ માટે આધુનિક ડિઝાઇનમાં air cell નો ઉપયોગ turbulence અથવા pre-combustion chamber સાથે જોડાઈને કરવામાં આવે છે.

(e) Energy cells (Fig 6) ⚡

Air cell અને energy cell વચ્ચેનો તફાવત એ છે કે energy cell માં ઈંધણને cell ની અંદર મોકલવામાં આવે છે જ્યાં તે cell માં રહેલી હવાનો ઉપયોગ કરીને સળગે છે. Air cell system માં, cell ફક્ત હવા સંગ્રહિત કરે છે અને હવા બહાર આપે છે. Energy cell માં થતું દહન ઉચ્ચ દબાણ અને વધુ મોટું turbulence ઉભું કરે છે અને cell માં કોઈ નકામી હવા (idle air) બાકી રાખતું નથી.

Energy cell system માં cylinder head માં કાસ્ટ કરેલી બે ગોળાકાર જગ્યાઓ હોય છે. Intake અને exhaust valves main combustion chamber માં ખુલે છે. Horizontal nozzle main chamber માં energy cell ના મોઢા તરફ ઈંધણનો છંટકાવ કરે છે. જ્યારે fuel charge main chamber ના કેન્દ્રમાંથી પસાર થતો હોય છે, ત્યારે લગભગ અડધું fuel મિશ્રણ ગરમ હવા સાથે ભળે છે અને એકસાથે સળગે છે. બાકીનું ઈંધણ energy cell માં પ્રવેશે છે અને ત્યાં સળગવાનું શરૂ કરે છે.

આ સમયે, cell pressure ઝડપથી વધે છે, જે combustion products ને પાછા main combustion chamber માં ખૂબ જ ઝડપે ધકેલે છે. પરિણામે, main chamber ના દરેક ભાગમાં હવાનું ઝડપી swirl (વમળ) ઉભું થાય છે, જે ઈંધણ અને હવાનું અંતિમ મિશ્રણ કરે છે અને સંપૂર્ણ દહન (complete combustion) સુનિશ્ચિત કરે છે. Energy cell ના બે મર્યાદિત છિદ્રો (restricted openings) energy cell માંથી main chamber માં બ્લાસ્ટ બહાર આવવાના સમય અને દરને નિયંત્રિત કરે છે.

Energy-cell combustion systems high speed engines ની જરૂરિયાતો પૂરી કરે છે અને main combustion chamber માં વધુ પડતા દબાણ વગર high power output આપે છે. 🏎️🚀

Note for Students: આ લેસન તમારી આવનારી ITI exams અને practicals માટે ખૂબ જ ઉપયોગી છે. દરેક Diagram ને ધ્યાનથી સમજો! 📖✍️

Keywords:

Mechanic Diesel Theory, Cylinder Head Construction, Combustion Chamber Types, Diesel Engine Components Gujarati, ITI Diesel Mechanic Lesson, Open Combustion Chamber, Pre-combustion chamber, Air cells and Energy cells, Automotive Engineering Gujarati.