I. एसटीसी सुपरचार्जिंग सिस्टम की संरचना और सिद्धांत
अनुक्रमिक टर्बोचार्जिंग (एसटीसी) तकनीक एक उन्नत टर्बोचार्जिंग तकनीक है जो समानांतर में संचालित करने के लिए दो या दो से अधिक टर्बोचार्जर को एकीकृत करती है। जैसे ही डीजल इंजन का भार और गति बढ़ती है, ये टर्बोचार्जर पूर्वनिर्धारित परिचालन स्थितियों के आधार पर क्रमिक रूप से सक्रिय हो जाते हैं [1]। यह तकनीक विशेष रूप से पारंपरिक डीजल इंजन और टर्बोचार्जर के बीच मिलान और प्रदर्शन चुनौतियों को संबोधित करती है, जिसका लक्ष्य समग्र बिजली उत्पादन और उत्सर्जन प्रदर्शन को अनुकूलित करते हुए कम गति, उच्च-लोड स्थितियों के तहत इंजन की दक्षता और अर्थव्यवस्था को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाना है।
1. एसटीसी सुपरचार्जिंग सिस्टम की संरचना
एसटीसी एक ऊर्जा-कुशल और उच्च-प्रदर्शन वाली सुपरचार्जिंग तकनीक है जिसका उपयोग मुख्य रूप से बड़े जहाजों, भारी वाहनों और औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए डीजल इंजन में किया जाता है।
पीए6 प्रोपल्शन डीजल इंजन इस तकनीक का उपयोग करता है, जिसमें चरण-दर-चरण सुपरचार्जिंग के लिए एक एसटीसी नियंत्रण प्रणाली और दो समानांतर प्रथम-चरण निकास गैस टर्बोचार्जर शामिल हैं।
पीए 6- एसटीसी डीजल इंजन के दो निकास गैस टर्बोचार्जर में से:
- जो सीधे कॉलम ए के एग्जॉस्ट मैनिफोल्ड से जुड़ा होता है वह प्राथमिक टर्बोचार्जर के रूप में कार्य करता है, जिसे ए-कॉलम टर्बोचार्जर कहा जाता है।
- कॉलम बी के एग्जॉस्ट मैनिफोल्ड से जुड़ा एक नियंत्रित टर्बोचार्जर के रूप में कार्य करता है, जिसे बी-कॉलम टर्बोचार्जर के रूप में जाना जाता है।
डीजल इंजन संचालन के दौरान, निकास गैसें पहले चरण के निकास गैस टर्बोचार्जर में से एक या दोनों को चलाती हैं, जो सेवन हवा को संपीड़ित करती हैं, जिससे सेवन दबाव और तापमान बढ़ जाता है। यह प्रक्रिया दहन दक्षता को बढ़ाती है और डीजल इंजन की शक्ति और दक्षता में सुधार करती है।
एसटीसी नियंत्रण प्रणाली में चार वायवीय तितली वाल्व, एक एसटीसी नियंत्रक और एक तितली वाल्व डिटेक्शन सोलनॉइड वाल्व बॉक्स होते हैं। यह डीजल इंजन की गति, लोड और निकास तापमान जैसे महत्वपूर्ण मापदंडों पर लगातार निगरानी रखता है। इन मापदंडों के आधार पर, सिस्टम टर्बोचार्जर के संचालन को नियंत्रित करता है। विशेष रूप से:
- गैस वाल्व बी-कॉलम टर्बोचार्जर के टरबाइन इनलेट पर स्थापित किया गया है।
- वायु वाल्व बी-कॉलम टर्बोचार्जर के कंप्रेसर आउटलेट पर स्थापित किया गया है।
- बाईपास वाल्व (टर्बोचार्जर उछाल को रोकने के लिए) कंप्रेसर आउटलेट और टरबाइन इनलेट के बीच स्थापित किया गया है।
- ब्लो-ऑफ वाल्व (कम तापमान वाले वातावरण में अत्यधिक सिलेंडर दबाव को रोकने के लिए) इंजन से पहले इनटेक सिस्टम में स्थापित किया जाता है।
एसटीसी नियंत्रक नियंत्रण प्रणाली का मुख्य घटक है, जो टर्बोचार्जर गति, बूस्ट दबाव, डीजल इंजन गति, ईंधन रैक स्थिति और ईंधन रैक शून्य स्थिति पर डेटा एकत्र करने के लिए जिम्मेदार है [2]। यह चार बटरफ्लाई वाल्वों के खुलने और बंद होने को नियंत्रित करता है, जिससे बी-कॉलम टर्बोचार्जर को आवश्यकतानुसार चालू या बंद किया जा सकता है, जिससे विभिन्न लोड स्थितियों के तहत डीजल इंजन की प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा किया जा सकता है।
2. निकास गैस टर्बोचार्जर का कार्य सिद्धांत
पीए 6-एसटीसी डीजल इंजन के एग्जॉस्ट गैस टर्बोचार्जर में मुख्य रूप से एक केन्द्रापसारक कंप्रेसर और एक एग्जॉस्ट गैस टरबाइन शामिल होता है, जैसा कि एग्जॉस्ट गैस टर्बोचार्जर (चित्र 1) के क्रॉस-सेक्शनल दृश्य में दिखाया गया है। ये घटक एक ही मुख्य शाफ्ट पर लगे होते हैं और एक उच्च गति वाली घूमने वाली मशीन के रूप में कार्य करते हैं, जो प्रति मिनट या उससे अधिक हजारों क्रांतियों की घूर्णी गति तक पहुंचने में सक्षम होती है।
एसटीसी सुपरचार्जिंग प्रणाली के कार्य सिद्धांत में डीजल इंजन सिलेंडरों से निकलने वाली उच्च तापमान, उच्च गति वाली निकास गैस शामिल है जो विस्तार करने के लिए नोजल रिंग के माध्यम से गैर-जल-ठंडा टरबाइन इनलेट आवास में प्रवेश करती है। यह विस्तार थर्मल ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करता है, जिससे टरबाइन घूमता है और बदले में, समाक्षीय कंप्रेसर प्ररित करनेवाला घूमता है। निकास गैस को वायुमंडल में छोड़े जाने से पहले जल-ठंडा टरबाइन आउटलेट हाउसिंग द्वारा ठंडा किया जाता है।
कंप्रेसर इनटेक सिस्टम के माध्यम से ताजी हवा खींचता है और उसे संपीड़ित करता है। संपीड़ित, उच्च गति वाली हवा आगे दबाव बनाने के लिए डिफ्यूज़र से होकर गुजरती है और फिर ठंडा करने और दबाव कम करने के लिए इंटरकूलर के माध्यम से बहती है। अंत में, ठंडी हवा डीजल इंजन इनटेक मैनिफोल्ड में प्रवेश करती है और सिलेंडरों को आपूर्ति की जाती है, जिससे सुपरचार्जिंग का उद्देश्य प्राप्त होता है। यह प्रक्रिया डीजल इंजन को अधिक हवा लेने और अधिक ईंधन जलाने की अनुमति देती है, जिससे बिजली उत्पादन और थर्मल दक्षता बढ़ती है।
3. एसटीसी नियंत्रण प्रणाली का मूल सिद्धांत
एसटीसी सुपरचार्जिंग सिस्टम दो प्राथमिक मोड में काम करता है: 1टीसी (सिंगल टर्बोचार्जर) और 2टीसी (डुअल टर्बोचार्जर), जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है, एसटीसी सुपरचार्जिंग सिस्टम का योजनाबद्ध आरेख।
जब डीजल इंजन कम लोड पर चलता है, तो गैस वाल्व और वायु वाल्व बंद हो जाते हैं। इस स्थिति में, केवल ए-कॉलम टर्बोचार्जर सक्रिय होता है, जबकि बी-कॉलम टर्बोचार्जर बंद वाल्वों से अलग हो जाता है और निष्क्रिय रहता है। इस कॉन्फ़िगरेशन को 1TC (सिंगल टर्बोचार्जर) वर्किंग मोड [3-4] के रूप में जाना जाता है। इस मोड के दौरान, ए-कॉलम और बी-कॉलम दोनों सिलेंडरों से निकास गैस ए-कॉलम टर्बोचार्जर की परिचालन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए पर्याप्त है, जो कम लोड स्थितियों के तहत मुख्य इंजन का इष्टतम प्रदर्शन सुनिश्चित करती है। यह कम भार पर प्रोपल्शन डीजल इंजन की बिजली उत्पादन और ईंधन दक्षता को बढ़ाता है, जबकि निकास तापमान और ईंधन की खपत दर को भी कम करता है।
जब इंजन उच्च-लोड की स्थिति में पहुंचता है, तो गैस वाल्व और वायु वाल्व खुल जाते हैं, जिससे पहले से निष्क्रिय बी-कॉलम नियंत्रित टर्बोचार्जर ए-कॉलम टर्बोचार्जर के साथ समानांतर में संलग्न हो जाता है। इसके परिणामस्वरूप ए-कॉलम और बी-कॉलम टर्बोचार्जर दोनों समानांतर में एक साथ काम करते हैं, जिसे 2TC (डुअल टर्बोचार्जर) कार्य मोड के रूप में नामित किया गया है। जैसे ही डीजल इंजन का भार और गति निम्न से उच्च की ओर बढ़ती है और पूर्व निर्धारित सीमा तक पहुंचती है, सिस्टम 1TC से 2TC मोड में परिवर्तित हो जाता है। इसके विपरीत, जब लोड और गति कम हो जाती है, तो सिस्टम 2TC से 1TC मोड पर वापस स्विच हो जाता है। बाईपास वाल्व और ब्लो-ऑफ वाल्व डीजल इंजन की विशिष्ट परिचालन स्थितियों के दौरान या 1TC और 2TC मोड के बीच संक्रमण के दौरान सक्रिय होते हैं।