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

व्याख्या:

आंतरिक दहन इंजन (IC इंजन):

• आंतरिक दहन (IC) इंजन यांत्रिक उपकरण हैं जो दहन कक्ष के अंदर ईंधन-वायु मिश्रण को जलाकर ईंधन से रासायनिक ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं। ये इंजन व्यापक रूप से ऑटोमोबाइल, बिजली संयंत्रों और अन्य औद्योगिक अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाते हैं। विभिन्न मापदंडों के आधार पर, IC इंजनों को विभिन्न श्रेणियों में वर्गीकृत किया जाता है। इस तरह का एक वर्गीकरण ईंधन इंजेक्शन की विधि पर आधारित है, जो IC इंजनों को कार्बोरेटर इंजन और वायु इंजेक्शन इंजन में विभाजित करता है।

ईंधन इंजेक्शन की विधि

यह वर्गीकरण इस बात पर आधारित है कि ईंधन को दहन कक्ष में कैसे आपूर्ति की जाती है:

• कार्बोरेटर इंजन: इस प्रकार के इंजन में, दहन कक्ष में प्रवेश करने से पहले हवा और ईंधन को सही अनुपात में मिलाने के लिए एक कार्बोरेटर का उपयोग किया जाता है। कार्बोरेटर वायु-ईंधन अनुपात को बनाए रखने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, जिससे उचित दहन सुनिश्चित होता है। ये इंजन आमतौर पर पुराने वाहनों और छोटे इंजनों, जैसे मोटरसाइकिल और लॉनमूवर में पाए जाते हैं। हालांकि, उनकी दक्षता और परिशुद्धता में सीमाओं के कारण आधुनिक वाहनों में अधिक उन्नत ईंधन इंजेक्शन प्रणालियों द्वारा कार्बोरेटर इंजन को काफी हद तक बदल दिया गया है।
• वायु इंजेक्शन इंजन: वायु इंजेक्शन इंजनों में, उच्च दबाव वाली वायु प्रवाह का उपयोग करके ईंधन को सीधे दहन कक्ष में इंजेक्ट किया जाता है। यह विधि ईंधन के बेहतर परमाणुकरण को सुनिश्चित करती है, जिससे दहन दक्षता में सुधार और उत्सर्जन में कमी आती है। वायु इंजेक्शन इंजन अक्सर भारी शुल्क वाले अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाते हैं, जैसे कि बड़े डीजल इंजन, जहां सटीक ईंधन वितरण और दहन नियंत्रण महत्वपूर्ण होते हैं।

व्याख्या:

दो-स्ट्रोक पेट्रोल इंजन:

• एक दो-स्ट्रोक पेट्रोल इंजन एक प्रकार का आंतरिक दहन इंजन है जो केवल एक क्रैंकशाफ्ट क्रांति के दौरान पिस्टन के दो स्ट्रोक में एक पावर चक्र पूरा करता है। इस प्रकार के इंजन में, इनलेट पोर्ट, ट्रांसफर पोर्ट और एग्जॉस्ट पोर्ट हवा-ईंधन मिश्रण के उचित सेवन, दहन कक्ष में मिश्रण के हस्तांतरण और निकास गैसों के निष्कासन को सुनिश्चित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।
• दो-स्ट्रोक इंजन में इनलेट पोर्ट का खुलना और बंद होना स्वयं पिस्टन की गति द्वारा नियंत्रित होता है। चार-स्ट्रोक इंजन के विपरीत, एक पारंपरिक दो-स्ट्रोक इंजन में कोई वाल्व नहीं होते हैं; इसके बजाय, पोर्ट का उपयोग किया जाता है। इन पोर्ट्स का समय इंजन के कुशल संचालन के लिए महत्वपूर्ण है।

BDC से 30° से 40° पहले:

• इनलेट पोर्ट तब खुलना शुरू होता है जब पिस्टन नीचे मृत केंद्र (BDC) की ओर बढ़ रहा होता है, जो ताजा हवा-ईंधन मिश्रण को क्रैंककेस में प्रवेश करने की अनुमति देता है। यह आमतौर पर BDC से 30° से 40° पहले होता है, यह सुनिश्चित करने के लिए कि मिश्रण में पिस्टन की गति द्वारा बनाए गए दबाव अंतर के प्रभाव में क्रैंककेस में प्रवाहित होने के लिए पर्याप्त समय हो।

कार्य तंत्र:

1. इंडक्शन चरण: जैसे ही पिस्टन अपने पावर स्ट्रोक के दौरान नीचे की ओर गति करता है, यह एक साथ इनलेट पोर्ट को खोलता है। यह गति क्रैंककेस में एक निम्न-दबाव क्षेत्र बनाती है। फिर ताजा हवा-ईंधन मिश्रण दबाव अंतर के कारण इनलेट पोर्ट के माध्यम से क्रैंककेस में खींचा जाता है।

2. इनलेट पोर्ट खोलने का समय: इनलेट पोर्ट BDC से थोड़ा पहले खुलता है, जैसा कि BDC से 30° से 40° पहले की सीमा में निर्दिष्ट है। यह सुनिश्चित करता है कि हवा-ईंधन मिश्रण इष्टतम समय पर क्रैंककेस में प्रवेश करना शुरू कर देता है, जिससे इंजन की दक्षता और शक्ति उत्पादन अधिकतम हो जाता है।

3. ट्रांसफर और एग्जॉस्ट चरण: एक बार जब पिस्टन BDC तक पहुँचने के बाद ऊपर की ओर बढ़ना शुरू कर देता है, तो यह क्रैंककेस में हवा-ईंधन मिश्रण को संपीड़ित करता है। उसी समय, ट्रांसफर पोर्ट और एग्जॉस्ट पोर्ट ताजा मिश्रण को दहन कक्ष में प्रवेश करने और क्रमशः निकास गैसों को बाहर निकलने की अनुमति देने के लिए खुलते हैं।

व्याख्या:

इंजन प्रदर्शन विश्लेषण में माध्य प्रभावी दाब (MEP)

• माध्य प्रभावी दाब (MEP) इंजन प्रदर्शन विश्लेषण में एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है। यह पूरे इंजन चक्र के दौरान पिस्टन पर कार्य करने वाले औसत दबाव का प्रतिनिधित्व करता है, जो मापा गया कार्य उत्पादन उत्पन्न करेगा यदि इसे समान रूप से लागू किया जाए। MEP एक वास्तविक भौतिक दबाव नहीं है, बल्कि एक सैद्धांतिक अवधारणा है जिसका उपयोग आंतरिक दहन इंजनों के प्रदर्शन और दक्षता का मूल्यांकन करने के लिए किया जाता है।
• सरल शब्दों में, MEP आकार, गति या विस्थापन की परवाह किए बिना इंजनों के कार्य उत्पादन की तुलना करने का एक तरीका प्रदान करता है। यह पैरामीटर इंजीनियरों और डिजाइनरों के लिए इंजन डिजाइन का आकलन और अनुकूलन करने के लिए विशेष रूप से उपयोगी है।

$mep=\frac{W_{net}}{V_s}$

ऑटो चक्र के लिए:

$W_{net}=Q_1-Q_2=m{C}_v\left[\left(T_3-T_2\right)-\left(T_4-T_1\right)\right]$

$V_s=V_1-V_2=V_1\left(1-\frac{V_2}{V_1}\right)=V_1\left(1-\frac{1}{r}\right)$

$V_s=V_1\left(\frac{r-1}{r}\right)=\frac{mR{T}_1}{P_1}\left(\frac{r-1}{r}\right)=\frac{m{C}_v\left(r-1\right)T_1}{P_1}\left(\frac{r-1}{r}\right)$

$mep=\frac{W_{net}}{V_s}=\frac{m{C}_v\left[\left(T_3-T_2\right)-\left(T_4-T_1\right)\right]}{\frac{m{C}_v\left(\gamma -1\right)T_1}{P_1}\left(\frac{r-1}{r}\right)}$

व्याख्या:

साधारण कार्बोरेटर:

• एक साधारण कार्बोरेटर पेट्रोल (स्पार्क-इग्निशन) इंजनों में एक महत्वपूर्ण घटक है। इसका प्राथमिक कार्य कुशल दहन के लिए आवश्यक सही अनुपात में ईंधन को हवा के साथ मिलाना और परमाणु बनाना है। कार्बोरेटर यह सुनिश्चित करता है कि इंजन को विभिन्न परिचालन स्थितियों, जैसे कि निष्क्रियता, त्वरण, क्रूजिंग और मंदी के लिए सही वायु-ईंधन मिश्रण प्राप्त हो।
• पेट्रोल इंजन में, दहन प्रक्रिया को इष्टतम प्रदर्शन के लिए एक विशिष्ट वायु-ईंधन अनुपात की आवश्यकता होती है। आदर्श अनुपात, जिसे स्टोइकियोमीट्रिक अनुपात के रूप में जाना जाता है, लगभग 14.7:1 है, जिसका अर्थ है वजन के हिसाब से 1 भाग ईंधन में 14.7 भाग हवा। हालांकि, परिचालन स्थितियों के आधार पर, इंजन को अधिक समृद्ध (अधिक ईंधन) या दुबला (कम ईंधन) मिश्रण की आवश्यकता हो सकती है। कार्बोरेटर को इन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए गतिशील रूप से वायु-ईंधन मिश्रण को समायोजित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

एक साधारण कार्बोरेटर का कार्य:

• वायु प्रवाह: हवा वायु सेवन के माध्यम से कार्बोरेटर में प्रवेश करती है। वायु प्रवाह को एक थ्रॉटल वाल्व द्वारा नियंत्रित किया जाता है, जो इंजन में प्रवेश करने वाली हवा की मात्रा को बदलकर इंजन के बिजली उत्पादन को समायोजित करता है।
• ईंधन परमाणुकरण: ईंधन ईंधन भंडार से कार्बोरेटर के वेंटुरी में खींचा जाता है, एक संकरा मार्ग जहाँ वायु वेग बढ़ जाता है, जिससे निम्न-दाब क्षेत्र बनता है। यह दबाव अंतर ईंधन को परमाणु बनाने का कारण बनता है, इसे छोटी बूंदों में तोड़ देता है।
• वायु-ईंधन मिश्रण: परमाणुकृत ईंधन एक सजातीय वायु-ईंधन मिश्रण बनाने के लिए आने वाली हवा के साथ मिल जाता है। मिश्रण की संरचना कार्बोरेटर के भीतर जेट और सुइयों का उपयोग करके नियंत्रित की जाती है।
• दहन कक्ष में वितरण: वायु-ईंधन मिश्रण को तब इंजन के दहन कक्ष में पहुँचाया जाता है, जहाँ इसे स्पार्क प्लग द्वारा प्रज्वलित किया जाता है ताकि शक्ति उत्पन्न हो सके।

व्याख्या:

स्पार्क-इग्निशन इंजन में एक इग्निशन सिस्टम की आवश्यकताएँ:

एक इग्निशन सिस्टम 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 सिस्टम को कई आवश्यकताओं को पूरा करना होगा। इन आवश्यकताओं में शामिल हैं:

1. स्पार्क का समय निर्धारण: इग्निशन सिस्टम 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 सिस्टम 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 सिस्टम को सभी इंजन गति (आरपीएम) 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 सिस्टम 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 सिस्टम की आवश्यकता नहीं है क्योंकि हवा और ईंधन को मिलाने का कार्य कार्बोरेटर (पुराने इंजनों में) या ईंधन इंजेक्शन सिस्टम (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 सिस्टम 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।

• जब भी इंजन को ठंडा होने के बाद शुरू किया जाता है, तो गर्म होने के समय को कम करने के लिए शीतलक के तापमान को वांछित स्तर पर लाया जाना होता है
• यह उद्देश्य एक प्रणाली में लगाए गए थर्मोस्टेट द्वारा प्राप्त किया जाता है जो प्रारंभ में रेडिएटर के माध्यम से एक निश्चित तापमान के नीचे पानी के फैलाव को रोकता है जिससे पानी जल्दी गर्म हो जाता है
• जब यह पूर्वनिश्चित तापमान तक पहुंच जाता है, तो थर्मोस्टेट पानी को रेडिएटर के माध्यम से प्रवाहित होने की अनुमति देता है

संकल्पना:

ब्रेक-विशिष्ट ईंधन की खपत (BSFC) =m_f/BP

जहाँ m_f = ईंधन की द्रव्यमान प्रवाह दर, BP = ब्रेक शक्ति

$Brakethermalefficiency\left({\eta }_b\right)=\frac{BP}{m_f\times CV}=\frac{1}{BSFC\times CV}$

CV = ऊष्मीय मान

गणना:

दिया गया है: CV = 40 MJ/kg = 40 × 106 J/kg

$BSFC=200gm/kWh=\frac{200\times {10}^{-3}}{\left(3600\times {10}^3\right)}kg/J=\frac{1}{18}\times {10}^{-6}kg/J$

$\eta =\frac{1}{\left(\frac{1}{18}\right)\times {10}^{-6}\times 40\times {10}^6}=\frac{18}{40}=0.45=45\mathrm{\%}$

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:

$Sweptvolume=\frac{\pi }{4}\times d^2\times l$

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

$Capacityofengine=\frac{\pi }{4}\times d^2\times l\times n=\frac{\pi }{4}\times 4^2\times 7\times 4=352c{m}^3$

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।

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

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:

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।

संकल्पना:

अर्ध भार पर यांत्रिक दक्षता $=\frac{BP}{BP+FP}$

गणना:

दिया गया है:

ब्रेक शक्ति (BP) = 200 kW, अर्ध भार = 100 kW घर्षण शक्ति (FP) = 25 kW

अर्ध भार पर यांत्रिक दक्षता $=\frac{BP}{BP+FP}$

अर्ध भार पर यांत्रिक दक्षता $=\frac{100}{125}$

अर्ध भार पर यांत्रिक दक्षता = 0.8 ⇒ 80 %

पेट्रोइल (पेट्रो-तेल स्नेहन प्रणाली): इस विधि में स्नेहन तेल को पेट्रोल के साथ मिलाया जाता है और चूषण स्ट्रोक के दौरान इंजन सिलेंडर में डाला जाता है। आंशिक भाग की बूंदें इंजन के सिलेंडर में स्नेहन प्रभाव का कारण बनती है।

स्नेहन की इस विधि का उपयोग मोटरसाइकिल और स्कूटर जैसे छोटे इंजनों में किया जाता है। स्नेहन प्रणाली का उपयोग स्कूटर और मोटर साइकिल में किया जाता है, विशेष रूप से दो स्ट्रोक वाले इंजन के लिए लगभग 3 से 6% स्नेहन तेल को पेट्रोल टैंक में मौजूद पेट्रोल के साथ मिलाया जाता है।

जब इंजन संचालित हो रहा होता है तो पेट्रोल वाष्पित हो जाता है। स्नेहन तेल धुंध के रूप में शेष बच जाता है। इंजन के कुछ हिस्से जैसे पिस्टन, सिलेंडर की दीवारें और संयोजन रॉड को शेष बचे तेल की धुंध के साथ स्नेहित किया जाता है।

स्पलैश स्नेहन प्रणाली : तेल की स्पलैशिंग क्रिया तेल के एक कोहरे या धुंध को बनाए रखती है जो इंजन के अंदरूनी हिस्से जैसे बेयरिंग, सिलेंडर की दीवारें, पिस्टन, पिस्टन की पिनों, टाइमिंग गियरों आदि को सूखा देती है। इसके बाद स्पलैश तेल वापस टैंक में चला जाता है।

इस प्रणाली का उपयोग आमतौर पर बंद क्रैंक आवरण के एकल सिलेंडर वाले इंजन में किया जाता है।