चार स्ट्रोक: सेवन, संपीड़न, शक्ति, निकास

ज़्यादातर कारों में पिस्टन इसी चार-स्ट्रोक चक्र को बार-बार दोहराता है। इसका नाम पिस्टन के द्वारा लगाए जाने वाले चार स्ट्रोक से आया है:

1. सेवन। इनटेक वाल्व खुलता है और पिस्टन नीचे जाता है, जिससे ताज़ी वायु अंदर खिंचती है। पोर्ट-इंजेक्शन पेट्रोल इंजन में ईंधन को अंदर आती वायु में छिड़का जाता है; डायरेक्ट-इंजेक्शन इंजन में इसे सीधे सिलिंडर में छिड़का जाता है।
2. संपीड़न। दोनों वाल्व बंद होते हैं। पिस्टन ऊपर जाता है और गैस को बहुत छोटी जगह में दबाता है। दबाने से यह गर्म हो जाती है और जलने के लिए तैयार हो जाती है।
3. शक्ति। संपीड़न स्ट्रोक के ऊपरी सिरे के पास स्पार्क प्लग चिंगारी छोड़ता है। मिश्रण जलता है, गर्म गैस फैलती है और पिस्टन को नीचे धकेलती है। यही एकमात्र स्ट्रोक है जो क्रैंकशाफ्ट को ऊर्जा देता है। दोनों वाल्व अभी भी बंद रहते हैं।
4. निकास। निकास वाल्व खुलता है और पिस्टन ऊपर जाता है, जिससे जली हुई गैस बाहर निकलती है। फिर चक्र दोबारा शुरू होता है।

क्रैंक के चक्करों को गिनें: हर स्ट्रोक आधा चक्कर (180°) होता है, इसलिए एक चक्र 4 × 180° = 720°, यानी क्रैंकशाफ्ट के दो पूरे चक्कर होता है। कैमशाफ्ट, जो वाल्व खोलता है, उसे हर चक्र में प्रत्येक वाल्व को केवल एक बार खोलना पड़ता है, इसलिए यह क्रैंकशाफ्ट की आधी चाल से घूमता है—हर चक्र में एक चक्कर। इंजन में इसे 2 : 1 के गियर अनुपात वाली बेल्ट या चेन से चलाया जाता है।

इसका मतलब यह भी है कि एक सिलिंडर को हर दो चक्करों में एक पावर स्ट्रोक मिलता है, हर चक्कर में एक नहीं। 3 000 rpm पर क्रैंकशाफ्ट एक सेकंड में 50 चक्कर लगाता है, इसलिए एक सिलिंडर एक सेकंड में 25 बार फायर करता है।

बाकी तीन स्ट्रोकों के लिए ऊर्जा कहाँ से आती है? फ्लाइवील से, और बहु-सिलिंडर इंजन में दूसरे सिलिंडरों से, जो अपने-अपने पावर स्ट्रोक पर होते हैं। सेवन, संपीड़न और निकास स्ट्रोकों में गैस को इधर-उधर पंप करने और उसे दबाने के लिए थोड़ा काम करना पड़ता है।

यदि तुम पूरे चक्र के दौरान गैस के दाब को सिलेंडर के आयतन के विरुद्ध आलेख पर दिखाओ, तो एक लूप बनता है—P–V आरेख। लूप के अंदर का क्षेत्रफल प्रति चक्र होने वाले शुद्ध कार्य के बराबर होता है। Particle Lab की Heat Engines दुनिया में Otto चक्र के लिए यह आरेख बनाया जाता है और उसकी दक्षता निकाली जाती है; यहाँ हम केवल पिस्टन के चलते समय लूप बनते हुए देखते हैं।

कुछ छोटे इंजन (घास काटने वाली मशीनों, चेनसॉ और छोटे स्कूटरों में) दो-स्ट्रोक होते हैं: वे स्ट्रोकों को मिलाकर हर घुमाव पर दहन करते हैं। इससे वे हल्के और सरल होते हैं, लेकिन उन्हें कम प्रदूषण वाला रखना कठिन होता है। कारों में लगभग हमेशा चार-स्ट्रोक चक्र का उपयोग होता है, क्योंकि इससे गैसों का आदान-प्रदान बेहतर ढंग से नियंत्रित होता है।