Test: IC Engine - 2 - Mechanical Engineering

जब कट-ऑफ अनुपात (α) शून्य होता है, तो डीजल चक्र की दक्षता ओटो चक्र दक्षता तक पहुंचती है।

V_s = V₁ – V₂ = 19 V₂

V₃ = 0.05 V_s + V₂

V₃ = (19 × 0.05 + 1)V₂

डीजल इंजन के लिए संपीड़न अनुपात की सामान्य सीमा 16 से 20 तक है, जबकि स्पार्क दहन इंजन के लिए यह 6 से 10 तक है। डीजल इंजन में उपयोग किए जाने वाले उच्च संपीड़न अनुपात के कारण डीजल इंजन की दक्षता गैसोलीन इंजन की तुलना में अधिक होती है।

एक डायनेमोमीटर एक उपकरण होता है जो एक चालित मशीन संचालित करने के लिए आवश्यक बलाघूर्ण और ब्रेक शक्ति को मापने के लिए उपयोग किया जाता है। इसमें घर्षण प्रतिरोध को मापने के लिए एक उपकरण होता है।

निम्नलिखित दो प्रकार के डायनेमोटोमीटर होते हैं, जो इंजन की ब्रेक पावर को मापने के लिए उपयोग किए जाते हैं।

1. अवशोषण डायनेमोटोमीटर: डायनेमोटोमीटर द्वारा उत्पादित पूर्ण ऊर्जा या शक्ति ब्रेक के घर्षण प्रतिरोध से अवशोषित होती है और मापन की प्रक्रिया के दौरान ताप में परिवर्तित हो जाती है।

उदाहरण: प्रोनी ब्रेक डायनेमोमीटर, रोप ब्रेक डायनेमोमीटर, हाइड्रोलिक डायनेमोमीटर

2. ट्रांसमिशन डायनेमोटोमीटर: घर्षण के कारण उर्जा का अपव्यय नहीं होता है लेकिन कार्य करने के लिए इसका उपयोग किया जाता है। इंजन द्वारा उत्पादित ऊर्जा या शक्ति डायनेमोमीटर के माध्यम से कुछ अन्य मशीनों तक प्रेषित की जाती है जहां उत्पन्न की गई शक्ति को उपयुक्त रूप से मापा जाता है।

उदाहरण: एपिसाइक्लिक-ट्रेन डायनेमोमीटर, बेल्ट ट्रांसमिशन डायनेमोमीटर, टोरसियन डायनेमोमीटर।

CH₄ + 20₂ → CO₂ + 2 H₂O

∴ 1 मीटर³ मीथेन को 2 मीटर³ ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है

∴ 0.6 मीटर³ मीथेन को 1.2 मीटर³ ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है

2 CO + O₂ → 2 CO₂

1 मीटर³ CO को 0.5 मीटर³ ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है, इसलिए 0.3 मीटर³ CO को 0.15 मीटर³ ऑक्सीजन की आवश्यकता होगी

∴ कुछ आवश्यक ऑक्सीजन = 1.2 + 0.15 = 1.35 मीटर³

पहले से मौजूद ऑक्सीजन = 0.1 मीटर³

∴ आवश्यक स्टॉइकिऑमेट्रीक ऑक्सीजन = 1.25 मीटर³

डीजलिंग वह घटना है जिसमें दहन बंद होने के बाद भी एक एस.आई. इंजन कभी-कभी बहुत छोटी अवधि के लिए चालित रहता है। निम्नलिखित कारणों से डीजलिंग हो सकती है:

• इंजन में अति-तापन
• बहुत अधिक स्पार्क प्लग ताप सीमा
• उच्च इंजन निष्क्रिय गति
• सिलेंडर में तेल प्रविष्टि
• कार्बन जमाव के कारण संपीड़न अनुपात में वृद्धि
• निष्क्रिय ईंधन-वायु मिश्रण का त्रुटिपूर्ण समायोजन
• थ्रॉटल स्टिकिंग
• इंजन की ट्यून-अप की आवश्यकता

ओटो चक्र ⇒ 1 - 2 - 3 - 4

डीजल चक्र 1 - 2’ - 3’ - 4’

T - s आलेख से यह स्पष्ट हैं कि डीजल चक्र (4’ - 1 के नीचे का क्षेत्र) द्वारा अस्वीकृत ताप ओटो चक्र (4’ - 1 के नीचे का क्षेत्र) द्वारा अस्वीकृत ताप से कम होता है; इसलिए समान अधिकतम दबाव ताप इनपुट की स्थिति के लिए डीजल चक्र ओटो चक्र से अधिक कुशल होता है। दोहरी चक्र दक्षता ओटो और डीजल चक्र के मध्य में स्थित होती है।

बढ़ता हुआ संपीड़न अनुपात निकासी आयतन को कम कर देता है और इसलिए यह प्रज्वलन के समय सिलेंडर गैसों के घनत्व को बढ़ाता है। यह अधिकतम दबाव और तापमान को बढ़ाता है जिस के कारण कुल दहन अवधि कम हो जाती है। इसलिए उच्च संपीड़न अनुपात वाले इंजनों में फ्लेम की गति भी उच्च होती है।

वॉल्यूमेट्रिक दक्षता को प्रणाली के अन्दर हवा के वास्तविक आयतन प्रवाह दर से प्रणाली द्वारा विस्थापित किए गए आयतन की दर के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है।

यह प्रणाली की श्वसन क्षमता को दर्शाता है। यह ध्यान देना चाहिए कि हवा का उपयोग  इंजन की शक्ति आउटपुट को निर्धारित करता है। अन्तर्ग्रहण प्रणाली को इस तरह से डिजाइन किया जाना चाहिए कि इंजन जितना संभव हो उतनी हवा ले सके।

उत्प्रेरक परावर्तक को थ्री वे परावर्तक कहा जाता है, क्योंकि यह CO, HC और NO_x के निकासी (तीन सांद्रता) में सांद्रता को कम करता है।

प्राकृतिक गैस की ऑक्टेन संख्या लगभग 110 होती है जो इसे एक बहुत अच्छा एस.आई. इंजन बनाती है। इस उच्च ऑक्टेन संख्या के कारण फ्लेम की गति अधिकतम होती है और इंजन उच्च संपीडन अनुपात के साथ संचालित किया जा सकता है।

घर्षण शक्ति = सूचित शक्ति - ब्रेक शक्ति = 1.8 - 1.508 = 0.292

यदि बहुत उच्च संपीडन अनुपात का उपयोग किया जाता है, तो पेट्रोल स्वयं स्पार्क से पहले दहन तापमान तक पहुंच जाएगा और क्नोकिंग भी होगा। इसीलिए पेट्रोल इंजन का संपीड़न अनुपात कम होता है।

औसत प्रभावी दबाव, गणना की गई या मापी गयी शक्ति के आधार पर एक आंतरिक दहन इंजन के सिलेंडर के अंदर का औसत दबाव होता है।

वास्तविक ईंधन-वायु अनुपात और स्टॉइकिओमेट्रिक ईंधन वायु अनुपात के अनुपात को समकक्ष अनुपात कहा जाता है।

उच्चतम फ्लेम वेगों को समकक्ष अनुपात 1.1 से 1.2 के कुछ हद तक गाढ़े मिश्रण के साथ प्राप्त किया जाता है। जब मिश्रण पतला या गाढ़ा बन जाता है तो फ्लेम की गति कम हो जाती है। पतले मिश्रण की स्थिति में कम तापीय ऊर्जा उत्पन्न होती है जिसके परिणामस्वरूप कम फ्लेम तापमान होता है। बहुत गाढ़ा मिश्रण के कारण अपूर्ण दहन की स्थिति उत्पन्न होती है जिसके कारण तापीय ऊर्जा का कम विमोचन होता है।

सी.आई. इंजनों के लिए सामान्य पैराफ़ीन सबसे अच्छा ईंधन होता है और एरोमेटिक्स कम से कम वांछनीय होते हैं।

एस.आई. इंजनों के लिए एरोमेटिक्स सबसे अच्छा ईंधन होता है और पैराफ़ीन कम से कम वांछनीय होते हैं।

इसका कारण सामान्य पैराफ़ीन एस.आई. इंजनों में उपयोग किए जाने पर सबसे कम  अपस्फोटरोधी गुणवत्ता प्रदर्शित करता है। लेकिन अपस्फोटरोधी गुणवत्ता कार्बन परमाणुओं की बढ़ती संख्या और आणविक संरचना की सघनता के साथ सुधरती है। एरोमैटिक्स एस.आई. इंजन में नॉकिंग के लिए सबसे अच्छा प्रतिरोध प्रदान करता है।

एक डीजल इंजन में अन्तर्ग्रहण केवल वायु होता है। वायु को संपीड़ित किया जाता है और फिर ईंधन को उच्च दबाव और तापमान संपीड़ित वायु में अन्तःक्षेपीत किया जाता है।

∴ वास्तविक अन्तर्ग्रहण आयतन = 200 × 0.85 = 170 सेमी³

एक दहन प्रक्रिया के लिए, जो बिना शाफ्ट कार्य के स्थिरोष्म रूप से घटित होता है, उत्पादों का तापमान स्थिरोष्म फ्लेम तापमान के रूप में जाना जाता है। यह अधिकतम तापमान है जो दी गई प्रतिक्रियाओं के लिए प्राप्त किया जा सकता है। किसी दिए गए ईंधन और ऑक्सीडाइज़र संयोजन के लिए अधिकतम स्थिरोष्म फ्लेम तापमान एक स्टेइकिओमेट्रिक मिश्रण (सही अनुपात जैसे कि सभी ईंधन और सभी ऑक्सीडाइज़र उपभोग किए जाते हैं) के साथ होता है। अतिरिक्त हवा की मात्रा को स्थिरोष्म फ्लेम तापमान को नियंत्रित करने के लिए डिजाइन किये गए हिस्से के रूप में बनाया जा सकता है।

किसी विशिष्ट इंजन के लिए दिए गए गति और शक्ति आउटपुट पर परिचालन करने के लिए एक विशिष्ट औसत प्रभावी दबाव, mep होगा। प्रदर्शन की तुलना करने के लिए mep का उपयोग मूल रूप से किया जाता है।