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

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, पावर 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 नजरअंदाज 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 थर्मोडायनामिक 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।

सिद्धांत:

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:

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

व्याख्या:

घर्षण शक्ति:

• एक इंजन में घर्षण शक्ति का तात्पर्य इंजन के घटकों के बीच घर्षण के कारण होने वाले शक्ति ह्रास से है। इसमें पिस्टन और सिलेंडर की दीवारों, बेयरिंग और अन्य गतिमान भागों के बीच घर्षण शामिल है। यह सूचक शक्ति (इंजन सिलेंडर के अंदर उत्पन्न शक्ति) और ब्रेक शक्ति (इंजन द्वारा दी जाने वाली उपयोगी शक्ति) के बीच का अंतर है।
• जब एक इंजन संचालित होता है, तो दहन प्रक्रिया द्वारा उत्पन्न सभी शक्ति उपयोगी कार्य में परिवर्तित नहीं होती है। इंजन के गतिमान घटकों के बीच घर्षण के कारण शक्ति का एक हिस्सा नष्ट हो जाता है। सूचक शक्ति (I.P.) इंजन सिलेंडर के अंदर उत्पन्न कुल शक्ति है, बिना नुकसान को ध्यान में रखे, जबकि ब्रेक शक्ति (B.P.) वह वास्तविक शक्ति है जो इंजन उपयोगी कार्य करने के लिए प्रदान करता है।

व्याख्या:

डीजल इंजन पेट्रोल इंजन की तुलना में अपनी उच्च दक्षता के लिए जाने जाते हैं। इस दक्षता अंतर का प्राथमिक कारण उनका उच्च संपीडन अनुपात है।

संपीडन अनुपात:

• एक आंतरिक दहन इंजन का संपीडन अनुपात दहन कक्ष की अधिकतम मात्रा और न्यूनतम मात्रा के अनुपात को दर्शाता है। सरल शब्दों में, यह वह अनुपात है जब पिस्टन अपने स्ट्रोक के निचले भाग (निचला मृत केंद्र) पर होता है और जब पिस्टन अपने स्ट्रोक के शीर्ष (ऊपरी मृत केंद्र) पर होता है।
• डीजल इंजन में, संपीडन अनुपात पेट्रोल इंजन की तुलना में काफी अधिक होता है। डीजल इंजन में आमतौर पर 14:1 से 25:1 तक का संपीडन अनुपात होता है, जबकि पेट्रोल इंजन में आमतौर पर 8:1 और 12:1 के बीच संपीडन अनुपात होता है।

उच्च संपीडन अनुपात का महत्व:

डीजल इंजन में उच्च संपीडन अनुपात निम्नलिखित तरीकों से उनकी अधिक दक्षता में योगदान देता है:

• थर्मल दक्षता में वृद्धि: एक इंजन की थर्मल दक्षता सीधे उसके संपीडन अनुपात से संबंधित होती है। ऑटो और डीजल चक्रों के थर्मोडायनामिक सिद्धांतों के अनुसार, उच्च संपीडन अनुपात उच्च थर्मल दक्षता में परिणाम देते हैं। इसका मतलब है कि ईंधन से ऊर्जा का एक बड़ा हिस्सा उपयोगी कार्य में परिवर्तित हो जाता है, जिससे बेहतर ईंधन अर्थव्यवस्था और कम ईंधन की खपत होती है।
• उच्च दहन तापमान: डीजल इंजन में उच्च संपीडन अनुपात उच्च दहन तापमान की ओर ले जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि सिलेंडर में हवा को छोटी मात्रा में संपीड़ित करने से उसका तापमान बढ़ जाता है। जब ईंधन को गर्म संपीड़ित हवा में इंजेक्ट किया जाता है, तो यह स्पार्क प्लग की आवश्यकता के बिना स्वतः प्रज्वलित हो जाता है, जैसा कि पेट्रोल इंजन में होता है। उच्च दहन तापमान ईंधन के अधिक पूर्ण दहन को सुनिश्चित करता है, जिससे बिना जले हुए ईंधन और उत्सर्जन में कमी आती है।
• बेहतर वायु-ईंधन मिश्रण: उच्च संपीडन अनुपात से हवा और ईंधन का बेहतर मिश्रण होता है। डीजल इंजन संपीडन स्ट्रोक के दौरान केवल हवा को संपीड़ित करता है। ईंधन को उच्च दबाव पर सीधे दहन कक्ष में इंजेक्ट किया जाता है, जिससे ईंधन का सूक्ष्म परमाणुकरण होता है। उच्च तापमान और दबाव यह सुनिश्चित करते हैं कि ईंधन जल्दी वाष्पीकृत हो जाए और हवा के साथ अच्छी तरह से मिल जाए, जिससे कुशल दहन हो।

व्याख्या:

दो-स्ट्रोक पेट्रोल इंजन में क्रैंककेस:

• एक दो-स्ट्रोक पेट्रोल इंजन में, क्रैंककेस इंजन के संचालन में एक महत्वपूर्ण कार्य करता है। चार-स्ट्रोक इंजन के विपरीत, जहाँ क्रैंककेस मुख्य रूप से स्नेहक तेल का भंडारण करता है, दो-स्ट्रोक इंजन में, यह इंजन के वायु-ईंधन मिश्रण प्रबंधन में अधिक सक्रिय भूमिका निभाता है।
• एक दो-स्ट्रोक इंजन में, इंजन पिस्टन के दो स्ट्रोक (क्रैंकशाफ्ट का एक चक्कर) में एक पावर चक्र पूरा करता है। ऐसे इंजन में क्रैंककेस का उपयोग वायु-ईंधन मिश्रण के लिए प्राथमिक पम्पिंग कक्ष के रूप में किया जाता है। यह प्रक्रिया पिस्टन की गति से सुगम होती है, जो मिश्रण को क्रैंककेस में खींचने और फिर इसे दहन कक्ष में स्थानांतरित करने में मदद करती है।

एक दो-स्ट्रोक इंजन में, चक्र को दो स्ट्रोक में विभाजित किया जाता है: संपीड़न स्ट्रोक और पावर स्ट्रोक। इन स्ट्रोक के दौरान, क्रैंककेस का उपयोग वायु-ईंधन मिश्रण को प्रबंधित करने के लिए किया जाता है, जो इंजन के संचालन के लिए महत्वपूर्ण है। निम्नलिखित चरण प्रक्रिया को रेखांकित करते हैं:

• जैसे ही संपीड़न स्ट्रोक के दौरान पिस्टन ऊपर की ओर गति करता है, यह क्रैंककेस में निर्वात बनाता है। यह निर्वात कार्बोरेटर से वायु-ईंधन मिश्रण को इनटेक पोर्ट के माध्यम से क्रैंककेस में खींचने में मदद करता है।
• जब पिस्टन संपीड़न स्ट्रोक के शीर्ष पर पहुँचता है, तो दहन कक्ष में वायु-ईंधन मिश्रण संकुचित होता है और स्पार्क प्लग द्वारा प्रज्वलित होता है, जिससे गैसों का तेजी से विस्तार होता है और पावर स्ट्रोक के दौरान पिस्टन को नीचे की ओर बल देता है।
• जैसे ही पिस्टन नीचे की ओर गति करता है, यह क्रैंककेस में वायु-ईंधन मिश्रण को संकुचित करता है, जो अब दहन कक्ष में स्थानांतरित होने के लिए तैयार है। यह मिश्रण पावर स्ट्रोक के अंत में पिस्टन के पोर्ट को उजागर करने पर ट्रांसफर पोर्ट के माध्यम से दहन कक्ष में धकेल दिया जाता है।

• 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:

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:

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

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

\(Brake\;thermal\;efficiency\left( {{\eta _b}} \right) = \frac{{BP}}{{{m_f} \times CV}} = \frac{1}{{BSFC \times CV}}\)

CV = ऊष्मीय मान

गणना:

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

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

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

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।