IC Engine Cycles MCQ Quiz in हिन्दी - Objective Question with Answer for IC Engine Cycles - मुफ्त [PDF] डाउनलोड करें

व्याख्या:

स्पार्क-इग्निशन इंजन में एक इग्निशन प्रणाली की आवश्यकताएँ:

एक इग्निशन प्रणाली स्पार्क-इग्निशन इंजन का एक महत्वपूर्ण घटक है, जिसे दहन कक्ष में वायु-ईंधन मिश्रण को सही समय पर प्रज्वलित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है ताकि कुशल दहन और बिजली उत्पादन सुनिश्चित हो सके। स्पार्क-इग्निशन इंजन में प्रभावी ढंग से कार्य करने के लिए इग्निशन प्रणाली को कई आवश्यकताओं को पूरा करना होगा। इन आवश्यकताओं में शामिल हैं:

1. स्पार्क का समय निर्धारण: इग्निशन प्रणाली को संकुचन स्ट्रोक के साथ मेल खाने के लिए स्पार्क का सटीक समय निर्धारण करना होगा, यह सुनिश्चित करना होगा कि वायु-ईंधन मिश्रण को तब प्रज्वलित किया जाता है जब वह बेहतर ढंग से संकुचित हो। इंजन के बिजली उत्पादन और दक्षता को अधिकतम करने के लिए उचित समय निर्धारण महत्वपूर्ण है।
2. उच्च वोल्टेज उत्पन्न करना: इग्निशन प्रणाली को स्पार्क प्लग के इलेक्ट्रोड के बीच के अंतर को पार करने के लिए पर्याप्त वोल्टेज उत्पन्न करना होगा, जिससे एक स्पार्क उत्पन्न होगा जो वायु-ईंधन मिश्रण को प्रज्वलित कर सकता है।
3. लगातार स्पार्क अवधि बनाए रखना: इग्निशन प्रणाली को सभी इंजन चाल (RPM) में एक सुसंगत स्पार्क अवधि बनाए रखना होगा ताकि अलग-अलग परिचालन स्थितियों के तहत विश्वसनीय इग्निशन सुनिश्चित हो सके।
4. विश्वसनीयता और स्थायित्व: इग्निशन प्रणाली को एक इंजन के अंदर कठोर परिस्थितियों का सामना करने के लिए विश्वसनीय और टिकाऊ होना चाहिए, जिसमें उच्च तापमान, कंपन और दहन उपोत्पादों के संपर्क में आना शामिल है।

इनटेक मैनिफोल्ड में हवा और ईंधन का मिश्रण।

• यह स्पार्क-इग्निशन इंजन में इग्निशन प्रणाली की आवश्यकता नहीं है क्योंकि हवा और ईंधन को मिलाने का कार्य कार्बोरेटर (पुराने इंजनों में) या ईंधन इंजेक्शन प्रणाली (आधुनिक इंजनों में) द्वारा किया जाता है। ये घटक वायु-ईंधन मिश्रण तैयार करने और इसे दहन कक्ष में पहुंचाने के लिए जिम्मेदार हैं। इग्निशन प्रणाली की भूमिका वायु-ईंधन मिश्रण के पहले से ही तैयार और सिलेंडर में संकुचित होने के बाद शुरू होती है। इसका प्राथमिक कार्य मिश्रण को प्रज्वलित करने के लिए एक स्पार्क उत्पन्न करना है, न कि इसे मिलाना।

अवधारणा:

ऑटो चक्र की तापीय दक्षता:

\({\eta _{otto}} = 1 - \frac{1}{{{r^{\gamma - 1}}}}\)

संपीडन अनुपात: r = v1/v2

निष्कर्ष:

\(\eta = f\left( {r,\gamma } \right)\)

ऊपर दिए गए समीकरण से, यह देखा जा सकता है कि ऑटो चक्र की दक्षता मुख्य रूप से दिए गए Cp और Cv के अनुपात अर्थात विशिष्ट ऊष्माओं के अनुपात के लिए संपीडन अनुपात का फलन है।

व्याख्या:

ऑटो चक्र की तापीय दक्षता इस प्रकार दी गई है:

ηotto = 1 - \(\frac{1}{r^{γ~-~1}}\)

डीजल चक्र की तापीय दक्षता इस प्रकार दी गई है:

η_डीजल = 1 - \(\frac{1}{r^{γ~-~1}}~×~[\frac{{S}^{γ}~-~1}{γ~×~(S~-~1)}]\)

उच्च CR हमेशा उच्च दक्षता की ओर ले जाता है

• यह सही ढंग से बताता है कि संपीडन अनुपात में वृद्धि ऑटो और डीजल दोनों चक्रों के लिए वायु मानक दक्षता में सुधार करती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि एक उच्च संपीडन अनुपात कार्यशील द्रव (वायु या वायु-ईंधन मिश्रण) के तापमान और दबाव को बढ़ाकर ईंधन में ऊर्जा के बेहतर उपयोग की अनुमति देता है। इससे दोनों चक्रों के सूत्रों द्वारा इंगित उच्च तापीय दक्षता प्राप्त होती है।

व्याख्या:

आदर्श चार-स्ट्रोक पेट्रोल इंजन

• एक आदर्श चार-स्ट्रोक पेट्रोल इंजन ओटो चक्र पर काम करता है, जिसमें चार अलग-अलग स्ट्रोक होते हैं: सेवन, संपीड़न, पावर (प्रसार), और निकास। ऐसे इंजन में, शक्ति स्ट्रोक वह जगह है जहाँ वायु-ईंधन मिश्रण का दहन होता है, जिससे कार्य करने के लिए ऊर्जा निकलती है। एक आदर्श इंजन में पावर स्ट्रोक के दौरान दहन प्रक्रिया के बारे में की गई मान्यता इसकी दक्षता और संचालन को समझने के लिए महत्वपूर्ण है।

मान्यता की व्याख्या:

• TDC पर तात्कालिक दहन की मान्यता यह सुनिश्चित करने के लिए की जाती है कि दहन प्रक्रिया स्थिर आयतन पर होती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि, TDC पर, पिस्टन दिशा बदलने से पहले पल के लिए रुक जाता है, और इस संक्षिप्त क्षण के दौरान, दहन कक्ष का आयतन स्थिर रहता है।
• वास्तव में, दहन में एक सीमित समय लगता है, और वास्तविक दहन प्रक्रिया के दौरान पिस्टन पहले ही नीचे की ओर बढ़ रहा होता है। हालांकि, आदर्श चक्र विश्लेषण के लिए, इस सीमित समय को उपेक्षित कर दिया जाता है, और प्रक्रिया को इस तरह से मॉडल किया जाता है जैसे कि यह स्थिर आयतन पर तात्कालिक रूप से होता है।
• यह मान्यता ओटो चक्र के ऊष्मागतिकीय विश्लेषण को सरल बनाने की अनुमति देती है, जिससे तापीय दक्षता, कार्य उत्पादन और ऊष्मा इनपुट जैसे मापदंडों की गणना करना आसान हो जाता है।

संकल्पना:

एक आदर्श ऑटो चक्र में, यदि समदैसिक संपीडन की शुरुआत और अंत में तापमान ज्ञात हैं, तो वायु-मानक दक्षता है:

\( \eta = 1 - \frac{T_1}{T_2} \)

दिया गया है:

• प्रारंभिक तापमान, \(T_1 = 27^\circ C = 300~K\)
• अंतिम तापमान, \(T_2 = 327^\circ C = 600~K\)

गणना:

\( \eta = 1 - \frac{300}{600} = 0.5 = 50\% \)

संकल्पना:

इंजन की क्षमता निम्न द्वारा दी गई है:

इंजन की क्षमता = निर्धारित आयतन × सिलेंडरों की संख्या (n)

निर्धारित आयतन निम्न द्वारा दिया गया है:

\(Swept ~volume= \frac{\pi }{4} \times {d^2} \times l\)

गणना:

दिया हुआ:

d = 4 cm, L = 7 cm, n = 4

निकासी आयतन, Vc ­= 2 cm3

इंजन की क्षमता है:

इंजन की क्षमता = निर्धारित आयतन × सिलेंडरों की संख्या

\(Capacity~of~engine = \frac{\pi }{4} \times {d^2} \times l \times n = \frac{\pi }{4} \times {4^2} \times 7 \times 4 = 352~cm^3\)

संकल्पना:

डीजल चक्र:

संपीड़न इंजन (डीजल चक्र) में प्रक्रियाएं हैं:

प्रक्रिया 1-2: उत्क्रमणीय स्थिरोष्म संपीडन

प्रक्रिया 2-3: स्थिर दबाव ऊष्मा संवर्धन

प्रक्रिया 3-4: उत्क्रमणीय स्थिरोष्म विस्तार

प्रक्रिया 4-1: स्थिर आयतन ताप अस्वीकरण

विच्छेद अनुपात:

विच्छेद अनुपात दहन के बाद आयतन से दहन से पहले आयतन का अनुपात है।

विच्छेद अनुपात \({r_c} = \frac{{{V_3}}}{{{V_2}}}\)

संपीड़न अनुपात: \({r} = \frac{{{V_1}}}{{{V_2}}} \)

डीजल चक्र की दक्षता निम्न द्वारा दी गई है

\(\eta = 1 - \frac{1}{{{r^{\gamma - 1}}}}\left[ {\frac{{r_c^\gamma - 1}}{{\gamma \left( {{r_c} - 1} \right)}}} \right]\)

माध्य प्रभावी दबाव (p_m) जो आंतरिक कार्य आउटपुट का एक संकेत है, संपीड़न अनुपात के निश्चित मूल्य पर दबाव अनुपात और विशिष्ट ऊष्माओं के अनुपात के साथ बढ़ता है।

डीजल चक्र के लिए माध्य प्रभावी दबाव की अभिव्यक्ति ,

\({p_m} = \frac{{{p_1}\left[ {\gamma {r^\gamma }\left( {{r_c} - 1} \right) - r\left( {r_c^\gamma - 1} \right)} \right]}}{{\left( {\gamma - 1} \right)\left( {r - 1} \right)}}\)

अभिव्यक्ति से,

यदि विच्छेद अनुपात बढ़ता है तो एक निश्चित संपीड़न अनुपात वाले डीजल चक्र का माध्य प्रभावी प्रभाव बढ़ेगा।

वर्णन:

तीन मानक चक्र निम्न हैं जिसका प्रयोग IC इंजन का विश्लेषण प्रदर्शित करने के लिए किया जाता है:

1) स्थिर आयतन दहन (ऑटो) चक्र

2) स्थिर दबाव दहन (डीजल) चक्र

3) स्थिर आयतन और स्थिर दबाव दहन (दोहरा) चक्र का संयोजन

विश्लेषण के दौरान अवधारणाएं:

• पूरे चक्र पर कार्यरत तरल पदार्थ वायु होता है और इसे आदर्श गैस माना जाता है।
• संपीडन और विस्तार प्रक्रियाओं को घर्षणहीन और स्थिरोष्म (कोई ऊष्मा नुकसान नहीं) के रूप में लिया जाता है अर्थात् वे उत्क्रमणीय होते हैं।
• कार्यरत तरल पदार्थ की रासायनिक समतुल्यता को स्थिरांक के रूप में लिया जाता है।
• दहन प्रक्रिया को अच्छी-तरह से परिभाषित ऊष्मा संवर्धन प्रक्रियाओं द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है।
• निकासी प्रक्रिया को ऊष्मा अस्वीकृति प्रक्रिया द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है जो स्थितियों के ग्रहण के लिए चक्र के वायु को वापस करता है।
• चूँकि गैस को आदर्श माना जाता है, इसलिए स्थिर आयतन और दबाव पर विशिष्ट उष्माओं को स्थिरांक के रूप में लिया जाता है।

​∴ कोई अंतर्ग्रहण और निकासी प्रक्रियाएँ नहीं होती है क्योंकि उन्हें ऊष्मा संवर्धन और ऊष्मा अस्वीकृति प्रक्रियाओं द्वारा प्रतिस्थापित किया गया है।

संकल्पना:

डीजल चक्र:

डीजल चक्र का P - V और T - S आरेख निम्न हैं:

संपीडन अनुपात (r) को निम्न द्वारा ज्ञात किया गया है:

 \(r = \frac{{{v_1}}}{{{v_2}}}\)

विच्छेद अनुपात (r_c) को निम्न द्वारा ज्ञात किया गया है:

\( {{r_c}} = \frac{{{v_3}}}{{{v_2}}}\)

गणना:

दिया गया है:

संपीडन अनुपात (r) = 16 = \(\frac{{{v_1}}}{{{v_2}}}\)

v₃ - v₂ = 0.06(v₁ - v₂)

\(\frac{{{v_3}}}{{{v_2}}} - 1 = \frac{6}{{100}}\left( {\frac{{{v_1}}}{{{v_2}}} - 1} \right)\)

\({r_c} - 1 = \frac{6}{{100}}\left( {r - 1} \right)\)

\({r_c} - 1 = \frac{6}{{100}}\left( {16 - 1} \right)\)

r_c = 1.9

संकल्पना:

ऑटो चक्र की तापीय दक्षता:

\({\eta _{otto}} = 1 - \frac{1}{{{r^{\gamma - 1}}}}\)

संपीडन अनुपात: r = v₁/v₂

\(\frac{{{T_2}}}{{{T_1}}} = {\left( {\frac{{{P_2}}}{{{P_1}}}} \right)^{\frac{{\gamma \; - \;1}}{\gamma }}} = {\left( {\frac{{{V_1}}}{{{V_2}}}} \right)^{\gamma \; - \;1}}\)

\(\frac{{{V_1}}}{{{V_2}}} = r\)

\(\frac{{{T_2}}}{{{T_1}}} = {\left( r \right)^{\gamma - 1}}\)

\({\eta _{otto}} = 1 - \frac{1}{{{{\left( r \right)}^{\gamma - 1}}}}\; = 1 - \frac{1}{{\frac{{{T_2}}}{{{T_1}}}}} = 1 - \frac{{{T_1}}}{{{T_2}}}\)

यह दिया गया है कि \({\eta _{otto}} = 1 - \frac{{{T_a}}}{{{T_b}}}\)

इसकी तुलना व्युत्पन्न समीकरण से करने पर, Ta, T1 के समान है और Tb, T2 के समान है। 

T₂ वह तापमान है जहाँ संपीडन रुक जाता है और स्थिर आयतन ऊष्मा संवर्धन प्रारंभ होता है।

∴ T_b वह तापमान है जहाँ स्थिर आयतन ऊष्मा संवर्धन प्रारंभ होता है।

विच्छेद अनुपात (r_c) = V₃/V₂

↑(वृद्धि) r_c ⇒ बिंदु 3 दायीं ओर जाती है ⇒ ↑ p - v वक्र के तहत क्षेत्रफल (कार्य आउटपुट) और ↑ ऊष्मा इनपुट (Qin)

कार्य आउटपुट (W) = Pmep × (V₁ – V₂)

↑ W ⇒ ↑ P_mep [∵ (V₁- V₂) में कोई परिवर्तन नहीं]

तापीय दक्षता (η) = W/Qin

\({\eta _{th}}\; = \;1 - \frac{1}{{r^{ \gamma -1}}}\left\{ {\frac{{r_c^\gamma - 1}}{{\gamma \left( {{r_c} - 1} \right)}}} \right\}\)

उपरोक्त समीकरण से यह देखा जाता है कि डीजल इंजन की तापीय दक्षता को संपीडन अनुपात r को बढ़ाकर, विच्छेद अनुपात rc को कम करके, या γ के बड़े मान के साथ एक गैस का उपयोग करके बढ़ाया जा सकता है।

स्पष्टीकरण:

ओटो चक्र:

(1-2) - व्युत्क्रमणीय स्थिरोष्म संपीड़न

(2-3) - ताप संवर्धन का स्थिर आयतन

(3-4) - व्युत्क्रमणीय स्थिरोष्म विस्तार

(4-1) - ताप अस्वीकरण का स्थिर आयतन

गणना:

दिया गया:

आदर्श परिस्थितियों में हमें अधिकतम कार्य आउटपुट (T₂ = T₄) मिलता है

T1 = TMin और T3 = TMax

गणना:

(1-2) व्युत्क्रमणीय स्थिरोष्म संपीड़न:

\(\left( {\frac{{{T_2}}}{{{T_1}}}} \right) = {\left( {\frac{{{V_1}}}{{{V_2}}}} \right)^{\gamma - 1}}\)

(3-4) व्युत्क्रमणीय स्थिरोष्म विस्तार:

\(\left( {\frac{{{T_3}}}{{{T_4}}}} \right) = {\left( {\frac{{{V_4}}}{{{V_3}}}} \right)^{\gamma - 1}}\)

आदर्श वाक्य चक्र में: V ₄ = V _1, V ₃ = V ₂

_{\((\frac{{T_2}}{{T_1}})=(\frac{{T_3}}{{T_4}})\)}

\(T_2×T_4=T_3×T_1\)

\({\left( {{T_2}} \right)^2} = \left( {{T_3} \times {T_1}} \right)\)

\(\left( {{T_2}} \right) = \left( {\sqrt {{T_3} \times {T_1}} } \right)=\sqrt{T_{max}\times T_{min}}\)

स्पष्टीकरण

संकल्पना:

ओटो चक्र:

यह स्पार्क प्रज्वलन (SI) इंजन या पेट्रोल इंजन में उपयोग किया जाने वाला मानक वायु चक्र है।

ओटो चक्र में प्रक्रियाएं:

प्रक्रिया 1-2: समएन्ट्रॉपिक संपीड़न

प्रक्रिया 2-3: स्थिर आयतन ऊष्मा परिवर्धन

प्रक्रिया 3-4: समएन्ट्रॉपिक विस्तार

प्रक्रिया 4-1: स्थिर आयतन ऊष्मा अस्वीकृति

स्व-प्रज्वलन तापमान (STI) :

• स्व-प्रज्वलन तापमान सबसे कम तापमान है जिस पर एक डीजल / पेट्रोल एक स्पार्क या लौ की उपस्थिति के बिना खुद को प्रज्वलित करेगा।
• डीजल का स्व-प्रज्वलन तापमान 210°C और पेट्रोल का स्व-प्रज्वलन तापमान 247°C से 280°C तक भिन्न होता है।
• पेट्रोल इंजन में संपीड़न अनुपात (6 –10) होता है और वे प्रज्वलन के स्रोत के लिए स्पार्क प्लग पर निर्भर करते हैं।
• तो, पेट्रोल इंजन में नॉकिंग से बचने के लिए उच्च स्व-प्रज्वलन तापमान ईंधन वांछनीय हैं।